Mikä on vetovastus ja miten sitä käytetään?

Kuvan tekeminen digitaalisesta piiristä, jossa LEDin sytyttämiseen tarvitaan painike. Kytket piirin oikein kytkemällä painikkeen toisen pään digitaalituloon ja maadoituksen toiseen. Kun vihdoin syötät virtaa, huomaat, että LED syttyy ja sammuu ilman, että painat kytkintä.

Jos olet koskaan havainnut tällaisia ​​tilanteita, on todennäköistä, että unohdat lisätä vetovastuksen digitaaliseen piiriisi. Mikä siis oikein on vetovastus? Miten se toimii ja miten käytät sellaista?

Mikä on vetovastus?

Vetovastus on vastus, jonka lisäät digitaaliseen piiriin välttääksesi ei-toivotut signaalit, jotka voivat häiritä piirisi logiikkaa tai ohjelmointia. Se on tapa bias tai vetää tulolinja positiiviseksi tai VCC: ksi, kun mikään muu aktiivinen laite ei ohjaa linjaa. Vetämällä viivan VCC: hen, asetat linjan oletustilaksi 1 tai tosi.

Kaikkien tulonastojen oletustilan asettaminen on tärkeää, jotta vältetään satunnaiset signaalit, jotka syntyvät sen kelluvan tilan aikana. Tulotasainen on kelluvassa tilassa, kun se irrotetaan aktiivisesta lähteestä, kuten maadosta tai VCC: stä.

Vetovastuksia käytetään tyypillisesti digitaalisissa piireissä mikro-ohjaimet ja yksilevyiset tietokoneet.

Kuinka vetovastus toimii piirissä

Käytettäessä hetkellistä kytkintä digitaalisessa piirissä, kytkimen painaminen saa piirin sulkeutumaan ja lähettää oikean tai korkean mikrokontrolleriin. Kytkimen irrottaminen ei kuitenkaan välttämättä estä tulonastaa lähettämästä tällaisia ​​signaaleja.

Tämä johtuu siitä, että yhteyden katkaiseminen kytkimen kautta tarkoittaa, että se ei ole enää kytketty mihinkään muuhun kuin ilmaan. Tämä saa linjan olemaan kelluvassa tilassa, jossa ympäristön signaalit voivat mahdollisesti saada nastan nousemaan korkealle minä tahansa hetkenä.

Jotta nämä hajasignaalit eivät rekisteröidy piiriisi, sinun on syötettävä tulolinjaan tarpeeksi jännitettä, jotta se pysyy korkeana, kun maata ei enää havaita. Et kuitenkaan voi kytkeä VCC: tä suoraan tulolinjaan, koska piiri oikosuluu heti, kun kytkin/anturi yhdistää johdon maahan.

Välttääksesi oikosulun vetojännitteen, sinun on käytettävä vastusta. Oikean arvoinen vastus varmistaa, että kelluvalla linjalla on tarpeeksi jännitettä nostaakseen korkeaksi, mutta riittävän alhaiseksi, jotta piiri ei oikosulje ennenaikaisesti. Resistanssin määrä riippuu piirisi käyttämästä logiikkatyypistä.

Logiikkaperheiden selittäminen

Jotta voit laskea vetovastuksen resistanssiarvon oikein, sinun on tiedettävä, mitä logiikkatyyppiä piirisi käyttää. Piirin käyttämä logiikkaperhe sanelee vetovastuksen tarvitseman resistanssiarvon.

Logiikkatyyppejä on useita. Tässä muutamia niistä:

Jos et ole varma, mitä logiikkaperhettä käytät, on hyvin todennäköistä, että piirisi käyttää CMOS- tai TTL-logiikkaperheitä, koska ECL ja DTL ovat olleet vanhentuneita. Sirumerkinnät etuliitteillä "74" tai "54" ovat tyypillisesti TLL-siruja, kun taas sirumerkinnät "CD" tai "MC" osoittavat CMOS-sirua. Jos olet edelleen epävarma, voit helposti selvittää, mitä logiikkaperhettä ohjaimesi käyttää, tekemällä nopean haun sen tietosivusta verkossa.

Vetovastuksen arvon laskeminen

Nyt kun ymmärrät eri tyyppiset logiikkaperheet ja niiden minimi- ja maksimi-sammutusjännitteet, voimme nyt laskea arvot vetovastuksellemme.

Oikean vastuksen arvon laskemiseksi tarvitset kolme arvoa. Piirin käyttämän logiikkaperheen minimijännite, piirin syöttöjännite ja tulovuotovirta, jotka löydät tietolehdestä tai yleismittarin avulla.

Kun sinulla on kaikki muuttujat, voit liittää ne seuraavaan kaavaan:

Resistanssiarvo = (syöttöjännite - looginen korkea jännite) / tulovuotovirta

Oletetaan esimerkiksi, että piirisi käyttää TTL: ää ja tulolinja käyttää 100 uA 5 V: lla. Tiedämme, että TTL tarvitsee vähintään 2 V nostaakseen korkeaa ja enintään 0,8 volttia nostaakseen matalaa. Tämä tarkoittaisi, että vetovastuksen oikean jännitteen tulisi olla välillä 3 V ja 4 V, koska jännitteen on oltava suurempi kuin 2 V, mutta ei korkeampi kuin syöttöjännite, joka on 5 V.

Antamamme arvomme olisivat:

• Syöttöjännite = 5V
• Logiikka korkea jännite = 4V
• Tulon vuotovirta = 100μA tai 0,0001A

Nyt kun meillä on muuttujat, yhdistetään ne kaavaan:

(5V - 4V) / 100μA = 10 000 ohmia

Vetovastuksen tulee olla 10 000 ohmia (10 kilohmia tai 10 kΩ).

Vetovastuksen käyttäminen piirissä

Vetovastuksia käytetään tyypillisesti digitaalisissa piireissä estämään ei-toivotut häiriöt piirin digitaaliseen ohjelmointiin. Voit käyttää vetovastuksia, jos digitaalipiiri käyttää syöttölaitteina kytkimiä ja antureita. Myös vetovastukset ovat tehokkaita vain, jos tulonastat on kytketty maahan. Jos tulonastat on kytketty VCC: hen, saatat haluta käyttää alasvetovastuksia.

Jotta voit käyttää vetovastusta, sinun on löydettävä tulolinja, joka yhdistetään syöttölaitteeseen. Kun olet löytänyt, haluat laskea vastuksesi arvon käyttämällä aiemmin käsiteltyä kaavaa. Jos piirisi ei todellakaan vaadi paljon tarkkuutta, voit yksinkertaisesti käyttää vastusten arvoja välillä 1kΩ - 10kΩ.

Nyt kun sinulla on oikea arvo, voit asettaa vetovastuksen toisen pään VCC: hen ja toisen pään syöttölaitteen ja MCU: n väliin. Onnittelut! Tiedät nyt, mikä vetovastus on ja kuinka sitä käytetään.

Joissakin mikro-ohjaimissa, kuten Arduino-levyissä, ja SBC: issä, kuten Raspberry Pi: ssä, on sisäiset vetovastukset, jotka voit laukaista koodissa ulkoisten vetovastusten sijasta.

Vahvista tietosi kokemuksella

Yhteenvetona voidaan todeta, että vetovastus on tärkeä komponentti, joka auttaa suojaamaan piiriäsi lähellä olevilta häiriöiltä. Asettamalla tulonastan oletustilan korkeaksi, se estää satunnaisia ​​signaaleja häiritsemästä piirisi logiikkaa tai ohjelmointia. Ja nyt kun osaat käyttää sitä, saatat haluta vahvistaa uutta tietoasi soveltamalla sitä seuraaviin projekteihin.