Điện trở là gì?

Điện trở kéo : Điện trở là thiết bị hạn chế dòng điện được sử dụng nhiều trong  các  sản phẩm và mạch điện tử . Nó là một thành phần thụ động cung cấp trở kháng khi dòng điện chạy qua nó. Có nhiều loại điện trở khác nhau . Điện trở được đo bằng Ohm với dấu hiệu là Ω.

Nếu chúng ta coi một mạch kỹ thuật số , các chân luôn là 0 hoặc 1. Trong một số trường hợp, chúng ta cần thay đổi trạng thái từ 0 sang 1 hoặc từ 1 sang 0. Trong cả hai trường hợp, chúng ta cần giữ chân số 0 và sau đó thay đổi trạng thái thành 1 hoặc chúng ta cần giữ nó 0 và sau đó thay đổi thành 1. Trong cả hai trường hợp, chúng ta cần làm cho chân kỹ thuật số là ‘ Cao ‘ hoặc ‘ Thấp ‘ nhưng nó không thể để nổi.

Vì vậy, trong mỗi trường hợp, trạng thái được thay đổi như hình dưới đây.

Bây giờ, nếu chúng ta thay thế giá trị Cao và Thấp bằng giá trị điện áp thực thì Cao sẽ là mức logic CAO (giả sử là 5V) và Thấp sẽ là mặt đất hoặc 0v.

Một điện trở kéo lên được sử dụng để đặt trạng thái mặc định của chân kỹ thuật số là Cao hoặc ở mức logic (trong hình trên là 5V) và điện trở Kéo xuống làm hoàn toàn ngược lại, nó làm cho trạng thái mặc định của chân kỹ thuật số chân như Thấp (0V).

Nhưng tại sao chúng ta cần những điện trở đó thay vì chúng ta có thể kết nối các chân logic kỹ thuật số trực tiếp với điện áp mức Logic hoặc với đất như hình ảnh dưới đây?

Chà, chúng tôi không thể làm điều này. Khi mạch kỹ thuật số hoạt động ở dòng điện thấp, kết nối các chân logic trực tiếp với điện áp nguồn hoặc đất không phải là một lựa chọn tốt. Vì kết nối trực tiếp cuối cùng làm tăng dòng điện giống như ngắn mạch và có thể làm hỏng mạch logic nhạy cảm là điều không nên. Để kiểm soát dòng điện, chúng ta cần những điện trở kéo xuống hoặc kéo lên . Nó cho phép dòng điện được kiểm soát từ nguồn điện áp cung cấp đến các chân đầu vào kỹ thuật số, trong đó điện trở kéo xuống có thể kiểm soát hiệu quả dòng điện từ các chân kỹ thuật số xuống đất. Đồng thời cả hai điện trở, điện trở kéo xuống và kéo lên đều giữ trạng thái kỹ thuật số Thấp hoặc Cao.

Vị trí và cách sử dụng

Bằng cách tham khảo hình ảnh vi điều khiển ở trên, nơi các chân logic kỹ thuật số được nối tắt với mặt đất và VCC, chúng ta có thể thay đổi kết nối bằng cách sử dụng điện trở kéo lên và kéo xuống.

Giả sử, chúng ta cần một trạng thái logic mặc định và muốn thay đổi trạng thái bởi một số tương tác hoặc thiết bị ngoại vi bên ngoài, chúng ta sử dụng một điện trở kéo lên hoặc kéo xuống.

Điện trở kéo lên

Nếu chúng ta cần trạng thái cao làm mặc định và muốn thay đổi trạng thái thành Thấp bằng một số tương tác bên ngoài, chúng ta có thể sử dụng điện trở Kéo lên như hình bên dưới-

Chân đầu vào logic kỹ thuật số P0.5 có thể được chuyển đổi từ mức logic 1 hoặc Cao sang mức logic 0 hoặc Thấp bằng cách sử dụng công tắc SW1. Các R1 điện trở là hành động như một điện trở pull-up . Nó được kết nối với điện áp logic từ nguồn cung cấp là 5V. Vì vậy, khi công tắc không được nhấn, chân đầu vào logic luôn có điện áp mặc định là 5V hoặc chân luôn ở mức Cao cho đến khi công tắc được nhấn và chân bị nối đất làm cho chân này có mức logic Thấp.

Tuy nhiên, như chúng tôi đã nói rằng chân không thể được nối đất trực tiếp hoặc Vcc vì điều này cuối cùng sẽ làm cho mạch bị hỏng do tình trạng ngắn mạch, nhưng trong trường hợp này, nó lại bị nối đất bằng cách sử dụng công tắc đóng. Nhưng, hãy xem xét cẩn thận, nó không thực sự bị thiếu hụt. Bởi vì, theo định luật ohms, do điện trở kéo lên, một lượng nhỏ dòng điện sẽ chạy từ nguồn đến các điện trở và công tắc rồi chạm đất.

Nếu chúng ta không sử dụng điện trở kéo lên này, đầu ra sẽ bị nối đất trực tiếp khi công tắc đang được nhấn, mặt khác, khi công tắc mở, chân mức logic sẽ bị trôi và có thể gây ra một số điều không mong muốn kết quả.

Điện trở Kéo xuống

Điều này cũng đúng với điện trở kéo xuống . Hãy xem xét kết nối dưới đây, nơi điện trở kéo xuống được hiển thị với kết nối-

Trong hình ảnh trên, điều hoàn toàn ngược lại đang xảy ra. Các kéo xuống điện trở R1 được kết nối với mặt đất hoặc 0V . Do đó, làm cho chân mức logic kỹ thuật số P0.3 là 0 mặc định cho đến khi công tắc được nhấn và chân mức logic trở nên cao. Trong trường hợp này, một lượng nhỏ dòng điện chạy từ nguồn 5V xuống đất bằng cách sử dụng công tắc đóng và điện trở kéo xuống, do đó ngăn chân mức logic bị ngắn mạch với nguồn 5V.

Vì vậy, đối với các mạch mức logic khác nhau, chúng ta có thể sử dụng điện trở Kéo lên và Kéo xuống. Nó phổ biến nhất trong các phần cứng nhúng khác nhau, hệ thống giao thức một dây, các kết nối ngoại vi trong vi mạch, Raspberry Pi , Arduino và các lĩnh vực nhúng khác nhau cũng như cho các đầu vào CMOS và TTL.

Tính toán các giá trị thực tế

Bây giờ, khi chúng ta đã biết cách sử dụng điện trở Kéo lên và Kéo xuống, câu hỏi đặt ra là giá trị của những điện trở đó là bao nhiêu? Mặc dù, trong nhiều mạch mức logic kỹ thuật số, chúng ta có thể thấy các điện trở kéo lên hoặc kéo xuống nằm trong khoảng từ 2k đến 4,7k. Nhưng giá trị thực sẽ là bao nhiêu?

Để hiểu được điều này, chúng ta cần biết điện áp logic là gì? Bao nhiêu điện áp được gọi là Logic thấp và Bao nhiêu được gọi là Logic cao?

Đối với các mức logic khác nhau, các bộ vi điều khiển khác nhau sử dụng một phạm vi khác nhau cho mức logic cao và logic thấp.

Nếu chúng ta xem xét đầu vào Mức logic Transistor-Transistor (TTL), biểu đồ dưới đây sẽ hiển thị điện áp logic tối thiểu để xác định Logic cao và điện áp logic tối đa để phát hiện logic là 0 hoặc Thấp.

Như chúng ta có thể thấy, đối với logic TTL, điện áp tối đa cho logic 0 là 0,8V . Vì vậy, nếu chúng tôi cung cấp ít hơn 0.8V thì mức logic sẽ được chấp nhận là 0. Mặt khác, nếu chúng tôi cung cấp nhiều hơn 2V đến tối đa 5.25V thì mức logic sẽ được chấp nhận là Cao . Nhưng ở mức 0,8V đến 2V, nó là một vùng trống, ở điện áp đó không thể đảm bảo rằng logic sẽ được chấp nhận là Cao hay Thấp. Vì vậy, về mặt an toàn, Trong kiến ​​trúc TTL, chúng tôi chấp nhận 0V đến 0,8V là Thấp và 2V đến 5V là Cao, điều này đảm bảo rằng Thấp và Cao sẽ được các chip logic ở điện áp biên đó nhận dạng.

Để xác định giá trị, công thức là định luật Ohms đơn giản. Theo định luật ohms, công thức là

V = I x R 
R = V / I

Trong trường hợp của điện trở kéo lên , V sẽ là điện áp nguồn – điện áp tối thiểu được chấp nhận là Cao.

Và dòng điện sẽ là dòng điện tối đa bị chìm bởi các chân logic.

Vì thế,

Rpull-up = (Vsupply – VH(min)) / Isink

Trong đó V_supply là điện áp nguồn cung cấp, V _{H (min)} là điện áp tối thiểu được chấp nhận là Cao và I _sink  là dòng điện tối đa được đánh chìm bởi chân kỹ thuật số.

Điều tương tự cũng áp dụng cho điện trở Kéo xuống . Nhưng công thức có một chút thay đổi.

Rpull-up = (VL(max) – 0) / Isource

Trong đó (V _{L (max)}  điện áp tối đa được chấp nhận là mức logic Thấp và I_source  là dòng điện tối đa được lấy bởi chân kỹ thuật số.

Ví dụ thực tế

Giả sử chúng ta có một mạch logic trong đó Nguồn cung cấp là 3,3V và điện áp cao logic chấp nhận được là 3V, và chúng ta có thể chìm dòng điện tối đa là 30uA, khi đó chúng ta có thể chọn điện trở kéo lên bằng cách sử dụng công thức như sau-

Bây giờ, Nếu chúng ta xem xét cùng một ví dụ đã nêu ở trên, trong đó mạch chấp nhận 1V là mức logic tối đa Điện áp thấp và có thể tạo ra dòng điện lên đến 200uA thì điện trở Kéo xuống sẽ là,

Tìm hiểu thêm về Điện trở kéo lên và kéo xuống

Bên cạnh việc bổ sung điện trở Kéo lên hoặc Kéo xuống, bộ vi điều khiển ngày nay hỗ trợ các điện trở kéo lên bên trong cho các chân I / O kỹ thuật số có bên trong bộ vi điều khiển. Mặc dù trong trường hợp tối đa, nó là dòng kéo yếu, có nghĩa là dòng điện rất thấp.

Thông thường, chúng ta cần kéo lên cho nhiều hơn 2 hoặc 3 chân đầu vào-đầu ra kỹ thuật số, trong trường hợp đó, một mạng điện trở được sử dụng. Nó dễ dàng tích hợp và cung cấp số lượng chân thấp hơn.

Nó được gọi là mạng điện trở hoặc điện trở SIP .

Đây là ký hiệu của lưới điện trở . Chân 1 được kết nối với các chân điện trở, chân này cần được kết nối tại VCC cho mục đích Kéo lên hoặc Nối đất cho mục đích Kéo xuống. Bằng cách sử dụng điện trở SIP này, các điện trở riêng lẻ được loại bỏ do đó làm giảm số lượng linh kiện và không gian trong Mạch. Nó có sẵn với nhiều giá trị khác nhau, từ vài ohms đến kilo-ohms.