Memahami Resistor Pull-Up dan Pull-Down dengan Diagram dan Rumus

Coba Instrumen Kami Untuk Menghilangkan Masalah





Dalam posting ini kita akan membahas resistor pull-up dan resistor pull-down, mengapa mereka biasa digunakan dalam rangkaian elektronik, apa yang terjadi pada rangkaian elektronik tanpa resistor Pull-Up atau Pull-down, dan Cara menghitung Pull-Up dan Nilai resistor pull-down dan akhirnya kita akan melihat tentang konfigurasi kolektor terbuka.

Bagaimana Input dan Output Logika Bekerja di Sirkuit Digital

Dalam elektronik digital dan sebagian besar rangkaian berbasis mikrokontroler, sinyal digital yang terlibat diproses dalam bentuk logic1 atau logic0, yaitu 'HIGH' atau 'LOW'.



Gerbang logika digital menjadi unit fundamental dari rangkaian digital apa pun, dan dengan memanfaatkan gerbang 'AND', 'OR' dan 'NOT', kami dapat membangun sirkuit yang kompleks, namun seperti disebutkan di atas, gerbang digital hanya dapat menerima dua level tegangan yaitu 'TINGGI'. 'Dan' RENDAH '.

The 'HIGH' dan 'LOW' biasanya dalam bentuk 5V dan 0V. 'TINGGI' juga disebut sebagai '1' atau sinyal positif dari pasokan dan 'RENDAH' juga disebut sebagai '0' atau sinyal negatif dari pasokan.



Masalah muncul dalam rangkaian logika atau mikrokontroler ketika input yang diumpankan berada di suatu tempat di wilayah yang tidak ditentukan antara 2V dan 0V.

Dalam situasi seperti ini, rangkaian logika atau mikrokontroler mungkin tidak mengenali sinyal dengan benar, dan rangkaian akan membuat beberapa asumsi yang salah dan mengeksekusi.

Umumnya gerbang logika dapat mengenali sinyal sebagai 'LOW' jika input di bawah 0.8V dan dapat mengenali sinyal sebagai 'TINGGI' jika input di atas 2V. Untuk mikrokontroler ini sebenarnya bisa sangat bervariasi.

Tingkat Logika Input yang Tidak Ditentukan

Permasalahan muncul ketika sinyal berada diantara 0.8V dan 2V dan bervariasi secara acak pada pin input, masalah ini dapat dijelaskan dengan contoh rangkaian menggunakan saklar yang terhubung ke IC atau mikrokontroler.

Asumsikan suatu rangkaian menggunakan mikrokontroler atau IC, jika kita menutup rangkaian maka pin input menjadi “LOW” dan relai menyala “ON”.

Jika kita membuka saklar, relay harusnya 'OFF' kan? Tidak juga.

Kita tahu bahwa IC digital dan mikrokontroler digital hanya menerima input sebagai “HIGH” atau “LOW”, ketika kita membuka sakelar, pin input hanya dihubung terbuka. Ini bukan 'TINGGI' atau 'RENDAH'.

Pin input harus 'TINGGI' untuk mematikan relai, tetapi dalam situasi terbuka pin ini menjadi rentan terhadap pickup yang tersesat, muatan statis yang menyimpang, dan gangguan listrik lain dari sekitarnya, yang dapat menyebabkan relai ON dan OFF secara acak.

Untuk mencegah pemicu acak seperti itu karena tegangan nyasar, dalam contoh ini menjadi wajib untuk mengikat pin input digital yang ditampilkan ke logika 'TINGGI', sehingga ketika sakelar dibalik, pin secara otomatis terhubung ke keadaan yang ditentukan 'TINGGI' atau level suplai positif dari IC.

Untuk menjaga agar pin “TINGGI” kita dapat menghubungkan pin input ke Vcc.

Pada rangkaian di bawah pin input terhubung ke Vcc, yang membuat input 'TINGGI' jika kita membuka sakelar, yang mencegah pemicuan relai secara acak.

Anda mungkin berpikir, sekarang kami memiliki solusinya. Tapi tidak .... belum!

Sesuai diagram jika kita menutup sakelar akan ada korsleting dan mematikan dan korsleting seluruh sistem. Sirkuit Anda tidak akan pernah mengalami situasi terburuk selain korsleting.

Korsleting ini disebabkan oleh arus yang sangat besar yang mengalir melalui jalur resistansi rendah yang membakar jejak PCB, sekring putus, memicu sakelar pengaman dan bahkan dapat menyebabkan kerusakan fatal pada rangkaian Anda.

Untuk mencegah aliran arus yang begitu deras dan juga untuk menjaga agar pin input dalam kondisi “TINGGI”, kita dapat memanfaatkan resistor yang terhubung ke Vcc, yaitu di antara 'garis merah'.

Dalam situasi ini pin akan dalam keadaan “TINGGI” jika kita membuka sakelar, dan pada saat menutup sakelar tidak akan ada korsleting, dan juga pin input diizinkan untuk langsung terhubung dengan GND, menjadikannya “ RENDAH'.

Jika kita menutup sakelar, akan ada penurunan tegangan yang dapat diabaikan melalui resistor pull-Up dan rangkaian lainnya akan tetap tidak terpengaruh.

Seseorang harus memilih nilai resistor Pull-Up / Pull-Down secara optimal agar tidak menarik kelebihan melalui resistor.

Menghitung nilai resistor pull-up:

Untuk menghitung nilai optimum, kita harus mengetahui 3 parameter: 1) Vcc 2) Tegangan masukan ambang minimum yang dapat menjamin keluaran “TINGGI” 3) Arus masukan tingkat tinggi (Arus yang dibutuhkan). Semua data ini disebutkan dalam lembar data.

Mari kita ambil contoh gerbang logika NAND. Menurut datasheet Vcc adalah 5V, tegangan input ambang minimum (Tegangan Input level tinggi VMEREKA) adalah 2V dan arus input tingkat tinggi (IMEREKA) adalah 40 uA.

Dengan menerapkan hukum ohm kita dapat menemukan nilai resistor yang benar.

R = Vcc - VIH (MENIT)/ IMEREKA

Dimana,

Vcc adalah tegangan operasi,

V.IH (MENIT)adalah tegangan Input Level TINGGI,

sayaMEREKAadalah Arus Input Tingkat TINGGI.

Sekarang mari kita lakukan pencocokan,

R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75K ohm.

Kita dapat menggunakan nilai resistor maksimum 75K ohm.

CATATAN:

Nilai ini dihitung untuk kondisi ideal, tetapi kita tidak hidup di dunia yang ideal. Untuk operasi terbaik Anda dapat menghubungkan resistor sedikit lebih rendah dari nilai yang dihitung katakanlah 70K, 65k atau bahkan 50K ohm tetapi jangan mengurangi resistansi cukup rendah sehingga akan menghantarkan arus besar misalnya 100 ohm, 220 ohm untuk contoh di atas.

Resistor Pull-Up beberapa gerbang

Dalam contoh di atas, kami melihat cara memilih resistor Pull-up untuk satu gerbang. Bagaimana jika kita memiliki 10 gerbang yang semuanya harus dihubungkan ke resistor Pull-Up?

Salah satu caranya adalah dengan menghubungkan 10 resistor Pull-Up di setiap gerbang, tetapi ini bukan solusi yang hemat biaya dan mudah. Solusi terbaik adalah menghubungkan semua pin input menjadi satu ke resistor Pull-Up tunggal.

Untuk menghitung nilai resistor Pull-Up untuk kondisi diatas ikuti rumus dibawah ini:

R = Vcc - VIH (MENIT)/ N x IMEREKA

'N' adalah jumlah gerbang.

Anda akan melihat bahwa rumus di atas sama dengan rumus sebelumnya, satu-satunya perbedaan adalah mengalikan jumlah gerbang.

Jadi, mari kita hitung lagi,

R = 5 -2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7,5K ohm (maksimum)

Sekarang untuk gerbang 10 NAND, kami mendapatkan nilai resistor dengan cara yang arusnya 10 kali lebih tinggi dari satu gerbang NAND (Dalam contoh sebelumnya), sehingga resistor dapat mempertahankan minimum 2V pada beban puncak, yang dapat menjamin kebutuhan keluaran tanpa kesalahan apapun.

Anda dapat menggunakan rumus yang sama untuk menghitung resistor Pull-Up untuk aplikasi apa pun.

Resistor Pull-Down:

Resistor Pull-Up menjaga pin tetap 'HIGH' jika tidak ada input yang terhubung dengan resistor Pull-down, ini membuat pin 'LOW' jika tidak ada input yang terhubung.

Resistor pull-down dibuat dengan menghubungkan resistor ke ground, bukan Vcc.

Pull-Down dapat dihitung dengan:

R = VIL (MAX)/ IITU

Dimana,

V.IL (MAX)adalah tegangan input level RENDAH.

sayaITUadalah arus input level RENDAH.

Semua parameter ini disebutkan dalam lembar data.

R = 0.8 / 1.6 x 10 ^ -3 = 0.5K ohm

Kita dapat menggunakan resistor maksimum 500 ohm untuk Pull-down.

Tetapi sekali lagi, kita harus menggunakan nilai resistor kurang dari 500 ohm.

Buka keluaran kolektor / Pembuangan Terbuka:

Kita dapat mengatakan pin adalah 'keluaran kolektor terbuka' ketika IC tidak dapat menggerakkan keluaran 'TINGGI' tetapi hanya dapat mendorong keluarannya 'RENDAH'. Ini hanya menghubungkan output ke ground atau memutuskan sambungan dari ground.

Kita bisa melihat bagaimana konfigurasi open collector dibuat di sebuah IC.

Karena outputnya berupa ground atau sirkuit terbuka, kita perlu menghubungkan resistor Pull-Up eksternal yang dapat memutar pin 'TINGGI' ketika transistor dalam keadaan OFF.

Ini sama untuk Open drain, satu-satunya perbedaan adalah transistor internal di dalam IC adalah MOSFET.

Sekarang, Anda mungkin bertanya mengapa kita membutuhkan konfigurasi saluran terbuka? Kita perlu menghubungkan resistor Pull-Up.

Nah, tegangan keluaran bisa divariasikan dengan memilih nilai resistor yang berbeda pada keluaran kolektor terbuka, sehingga memberi keleluasaan lebih untuk beban. Kita dapat menghubungkan beban pada keluaran yang memiliki tegangan operasi lebih tinggi atau lebih rendah.

Jika kami memiliki nilai resistor pull-up tetap, kami tidak dapat mengontrol tegangan pada output.

Satu kelemahan dari konfigurasi ini adalah, ia mengkonsumsi arus besar dan mungkin tidak ramah baterai, ia membutuhkan arus yang lebih tinggi untuk pengoperasian yang benar.

Mari kita ambil contoh gerbang logika open drain 'NAND' IC 7401 dan lihat cara menghitung nilai resistor pull-up.

Kita perlu mengetahui parameter berikut:

V.OL (MAX)yang merupakan tegangan input maksimum ke IC 7401 yang dapat menjamin untuk mengubah output 'LOW' (0.4V).

sayaOL (MAX)yang merupakan arus input level rendah (16mA).

Vcc adalah tegangan operasi 5V.

Jadi, di sini kita dapat menghubungkan resistor Pull-Up dengan nilai sekitar 287 ohm.

Ada pertanyaan? Silakan gunakan kotak komentar di bawah ini untuk mengungkapkan pemikiran Anda, pertanyaan Anda akan dijawab SECEPATNYA




Sebelumnya: Buffer Digital - Bekerja, Definisi, Tabel Kebenaran, Pembalikan Ganda, Fan-out Berikutnya: Memahami Kontrol Skalar (V / f) untuk Motor Induksi