深入了解上拉電阻和下拉電阻

2021-02-19 單片機與嵌入式
在電路中起限制電流的作用。上拉電阻和下拉電阻是經常提到也是經常用到的電阻。在每個系統的設計中都用到了大量的上拉電阻和下拉電阻。




在上拉電阻和下拉電阻的電路中,經常有的疑問是:上拉電阻為何能上拉?下拉電阻為何能下拉?下拉電阻旁邊為何經常會串一個電阻?

簡單概括為:電源到器件引腳上的電阻叫上拉電阻,作用是平時使該引腳為高電平,地到器件引腳上的電阻叫下拉電阻,作用是平時使該引腳為低電平。低電平在IC內部與GND相連接;高電平在IC內部與超大電阻相連接。

上拉就是將不確定的信號通過一個電阻鉗位在高電平,電阻同時起限流作用,下拉同理。對於非集電極(或漏極)開路輸出型電路(如普通門電路,其提升電流和電壓的能力是有限的,上拉和下拉電阻的主要功能是為集電極開路輸出型電路提供輸出電流通道。上拉是對器件注入電流,下拉是輸出電流;強弱只是上拉或下拉電阻的阻值不同,沒有什麼嚴格區分。

當IC的I/O埠,節點為高電平時,節點處和GND之間的阻抗很大,可以理解為無窮大,這個時候通過上拉電阻(如4.7K歐,10K歐電阻)接到VCC上,上拉電阻的分壓幾乎可以忽略不計;當I/O埠節點需要為低電平時,直接接GND就可以了,這個時候VCC與GND是通過剛才的上拉電阻(如4.7K歐,10K歐電阻)連接的,通過的電流很小,可以忽略不計。

電平值的大小、高低是相對於地電平來說的,因此在看電平值的大小時要參考地的電平值來看。看看那些引腳是否接到地上,與自己是否連接外圍器件沒有關係,因為其實高電平還是低電平是相對於地平面來說的。

在節點與+5V之間接10K歐或4.7K歐的上拉電阻,能夠把這個節點的電位拉上來,往往這個節點要求應用單片機或其它控制器來控制它(及這個節點與I/O連接)為高電平或低電平。如果單純的想要使這個節點成為高電平,並且輸出阻抗非常大,則直接接電源也無妨,但是如果單片機要使這個節點拉低,即單片機內部使節點接地,這樣5V電源和地之間就短路了。

另外,當要求這個節點為高電平時,這個節點和地之間的阻抗一般非常大,如100K歐的阻抗,當上拉一個10K歐的電阻,這個點分得的電壓為100K歐/(100K+10K)*5V=4.5V,這樣也可以拉到高電平。而當要求這個節點為低電平時,只要把它和地連接就可以了,電源和地之間有一個10K偶的電阻,這樣就不會短路了。當低電平時,電源和地之間有一個負載形成的迴路,有時候這個節點會再串接一個電阻,因為電流流向阻抗低的地方,所以電流會通過與電源相連的電阻流向地,而不是流向這個與節點相連的電阻,因為這個節點連接的電阻阻抗高,所以低電平時這個點的電勢就是低電平。


可以這麼認為,對於IC的I/O埠來說,IC內部通過控制高低電平相當於控制這個O/O口與其內部的GND或非常大的電阻相連,如100K歐,當I/O口為低電平0V時,在IC內部,是控制IC晶片O/O口的引腳在晶片內與GND連接;當I/O口為高電平時,如5V,這個時候I/O口引腳在晶片內是與非常大的電阻,如100K歐相連接的,有時在I/O節點處會再串接一個小電阻值的電阻,如68歐,因為電流流向阻抗低的地方,所以當晶片內部的I/O埠歐與GND相連為低電平時,電源與上拉電阻及晶片內部的GND形成環路進行流通,這時I/O口節點處的電流就會流向晶片內部的GND,因為節點處串接了一個小阻值的電阻,相對於GND來說是高阻,就是大一點點也是高阻,所以電流就不會流過這個串聯的電阻。

當用下拉電阻時(所謂的上拉和下拉都是針對高阻態而言的),當I/O口為高阻態時,通過上拉電阻能夠讓其保持在高電平狀態;具體如上文所述:當I/O埠為高阻態時,用下拉電阻把這個口與GND相連接,高阻態電阻值很大,可以理解為斷開,其實就是和晶片內部的阻值很大的電阻相連接,下拉的時候拉到地上了,沒有電流,電平值為0,除非是給這個引腳賦予一個高電平值它才能夠起作用。

上拉和下拉電阻的作用概括如下:

1、提高電壓準位

當TTL電路驅動CMOS電路時,如果TTL電路輸出的高電平低於CMOS電路的最低高電平,這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻,以提高輸出高電平的值;OC門電路必須加上拉電阻,以提高輸出的高電平值。

2、加大輸出引腳的驅動能力

有的單片機引腳上也常使用上拉電阻。

3、N/A引腳(沒有連接的引腳)防靜電、防幹擾;

在CMOS晶片上,為了防止靜電造成損壞,不用的引腳不能懸空,一般接上拉電阻降低輸入阻抗,提供洩荷通路。同時引腳懸空就比較容易接收外界的電磁幹擾。

4、電阻匹配

抑制反射波幹擾,長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波幹擾,加上下拉電阻使電阻匹配,能有效的抑制反射波幹擾。

5、預設空間狀態/默認電位

在一些CMOS輸入端接上拉或下拉電阻是為了預設默認電位。當不用這些引腳時,這些輸入端下拉接低電平或上拉接高電平。在I2C等總線上空閒時的狀態是由上下拉電阻獲得的。

6、提高晶片輸入信號的噪聲容限

輸入端如果是高阻狀態,或高阻抗輸入端處於懸空狀態,此時需要加上拉或下拉電阻,以免受到隨機電平的影響,進而影響電路工作。同樣,如果輸出端處於被動狀態,需要加上拉或下拉電阻,如輸出端僅僅是一個三極體的集電極,從而提高晶片輸入信號的噪聲容限,增強抗幹擾能力。

在BJT晶體三極體的基極端,上拉電阻和下拉電阻也起著至關重要的作用。在三極體的電路應用中,串接在基極上的電阻起限制基級電流的作用,如下圖中的R2所示,

如下圖中的R5所示,上拉電阻使三極體基極的輸入電平在默認情況下是高電平輸入,當CPU有低電平信號輸出時,外圍電路響應,下拉電阻使電晶體的基極輸入在默認情況下拉到低電平,如下圖中的R6所示。


相關焦點

  • 上拉電阻,下拉電阻
    今天,來介紹下上拉、下拉電阻。
  • 上拉電阻與下拉電阻詳解
    上拉(Pull Up )或下拉(Pull Down)電阻(兩者統稱為「拉電阻」)最基本的作用是:將狀態不確定的信號線通過一個電阻將其箝位至高電平(上拉)或低電平(下拉),無論它的具體用法如何,這個基本的作用都是相同的,只是在不同應用場合中會對電阻的阻值要求有所不同,從而也引出了諸多新的概念,本節我們就來小談一下這些內容。
  • I2C上拉電阻
    I2C接口對於單片機來講,有些IO內部的上拉電阻可以使能,這樣就省去了外部的上拉電阻,這是對於單片機帶有標準I2C通信協議接口,若是只帶有模擬I2C協議接口,那麼就需要考慮接入上拉電阻問題。下圖是攝像頭進行配置通信時SCL和SDA需要進行上拉電阻的連接。
  • 貼片電阻跟插件電阻的區別
    ,為了更好的使用這兩種電阻,今天冠發電阻為大家整理出了貼片電阻跟插件電阻的區別,方便大家更準確的選擇跟使用。  一、貼片電阻跟插件電阻的優點  在體型上貼片電阻的體積和重量只有插件電阻的1/10左右,一般採用SMT之後,電子產品體積縮小40%~60%,重量減輕60%~80%。
  • 電學:電阻及電阻定律
    4.影響因素①.電阻是導體的屬性,它的大小隻與材料、長度和橫截面積有關;與導體兩端的電壓和通過導體的電流無關。在材料相同時,長度越長,橫截面積越小,電阻越大。②.導體的電阻還與溫度有關。一般來說,導體的電阻隨溫度的升高而增大;也有少數導體的電阻隨溫度的升高而減小。
  • 謙卑而又萬能的電阻(上)
    不知道為什麼,那時在高電平或開路中接電阻並不常見,而那些電阻通常是通過將碳壓縮到管中來實現的。  另外提一點,早先的手機話筒是由碳顆粒製成的,它們被一層隔膜交替地壓縮和釋放,根據碰撞其上的聲波改變它們的電阻。這些顆粒有時也會聚集在一起,這會使得一個人的講話聽起來非常可怕。將它們在桌子上敲打兩下能使它們散開,就又能再堅持一段時間了,但到這裡我們已經離題了。
  • 電阻的作用
    圖1電阻的分壓作用 一般用電器上都標有額定電壓值,若電源比用電器的額定電壓高,則不可把用電器直接接在電源上。在這種情況下,可給用電器串接一個合適阻值的電阻,讓它分擔一部分電壓,用電器便能在額定電壓下工作。我們稱這樣的電阻為分壓電阻。如圖4所示的電路,當接入合適的分壓電阻後,額定電壓為3V的電燈便可接入電壓為12V的電源上。又如我們常用的測電筆裡有一個阻值很大的高電阻,它也是一個分壓電阻。
  • 貼片電阻太緊缺,封裝、尺寸及選型趕快了解一下!
    隨著新技術的不斷發展,目前電阻的種類有很多種,常見的有:薄膜和厚膜電阻(貼片電阻)、金屬膜電阻、碳膜電阻、繞線電阻等。
  • 無感電阻真的無感麼?
    無感即是無感值的意思,當然這裡的無,是指電阻上的感抗值非常小了,可以忽略不計,一般不能說是徹底沒有。
  • 貼片電阻絲印看阻值大全,附高精度貼片電阻代碼表
    貼片電阻絲印有3位數和4位數之分 3位數表示電阻阻值的誤差為5% 4位數表示電阻阻值的誤差為1% 帶有R字母的,把R用小數點代替 數字的最後一位表示後面有幾個0 舉例: 4992就是499後面有2個0,就是49900=49.9K
  • 貼片電阻詳解
    1、前言本文結合多年工作經驗,以及貼片電阻的一些特性的了解,通過查閱資料總結而成。電子元器件廠商為了便於元件規格的管理和選用,同時也為了使電阻的規格不至太多,採用了統一的標準組成的元件的數值。電阻的標稱阻值分為E6、E12、E24、E48、E96、E192六大系列,分別使用於允許偏差為±20、±10%、±5%、±2%、±1%、±0.5%的電阻器。其中以E24和E96兩個系列為最常用。
  • 接觸電阻原理及組成
    Contact Area 接觸電阻在電路板上是專指金手指與連接器之接觸點,當電流通過時所呈現的電阻之謂。為了減少金屬表面氧化物的生成,通常陽性的金手指部份,及連接器的陰性卡夾子皆需鍍以金屬,以抑抵其「接載電阻」的發生。其他電器品的插頭擠入插座中,或導針與其接座間也都有接觸電阻存在。
  • 【限流電阻】LED限流電阻的大小計算
    我們可以從正向電流和正向電壓的關係曲線圖中,根據所需要的的電流,而得知此IF下的正向壓降,從而可以算出限流電阻的大小。IF--正向電流。通常電路用LED是做指示用途,電路的總體功耗要控制,不能都消耗在指示燈上J 當然還要考慮電源的功率要滿足後面電路功耗的要求,並且最好要有富裕。所以這個LED的正向電流我們選取20mA,正向壓降為3.3V。
  • 【電子元器件知識普及】-電阻
    碳膜電阻碳膜電阻是採用高溫真空鍍膜技術將碳緊密附在瓷棒表面形成碳膜,然後加適當接頭切割,並在其表面塗上環氧樹脂密封保護而成的。,然後加適當接頭切割,並在其表面塗上環氧樹脂密封保護而成。是將金屬粉和玻璃釉粉混合,採用絲網印刷法印在基板上製成的電阻器。
  • 接地電阻測量的幾種方法
    什麼是接地電阻?接地電阻就是電流由接地裝置流入大地再經大地流向另一接地體或向遠處擴散所遇到的電阻,它包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及兩接地體之間大地的電阻或接地體到無限遠處的大地電阻。
  • 電阻電壓電流的關係
    電阻電壓電流的關係   用歐姆定律:電壓=電流×電阻。數學上的複數在電工學上用得十分廣,電壓、電流、阻抗都用複數來計算,比較方便。   公式:I=U除以R,電流單位安,電壓單位伏,電阻單位歐。
  • 什麼樣電阻才是精密電阻?
    由於常規電阻的TCR大,不能以窄公差的常規電阻作為精密電阻使用。精密電阻器是需要通過特別的材料、設計和工藝製造出來的。精密厚膜電阻器是在常規厚電阻工藝技術上,通過材料和工藝的優化調整,大幅提升性能發展而來的。結構與常規厚膜電阻器相同。
  • 怎麼測量接地電阻
    地電阻測試方法一、接地電阻測試要求: a. 交流工作接地,接地電阻不應大於4Ω; b.
  • 太牛了,這麼詳細的電路設計知識:電阻、電容、電感、二極體、三極體、mos管!
    上拉是對器件輸入電流,下拉是輸出電流;強弱只是上拉電阻的阻值不同,沒有什麼嚴格區分;對於非集電極(或漏極)開路輸出型電路(如普通門電路)提升電流和電壓的能力是有限的,上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。
  • 【乾貨】通俗易懂的SMD貼片電阻&色環電阻阻值識別方法!你值得擁有!
    貼片電阻一般做成片狀、圓柱狀的外觀。片狀電阻器的阻值和一般電阻器一樣,在電阻體上標明。但標稱方法與直插式電阻器不同,常用的標註方法有數碼表示法和文字符號法。數碼表示法在電阻器上用三位數字表示阻值的標註方法。數字從左到右,第一、二位為有效數字,第三位為倍乘數(即10的N次方),單位為歐。