Điện trở kéo lên là gì và bạn sử dụng nó như thế nào?

Hình ảnh tạo một mạch kỹ thuật số trong đó cần có nút ấn để bật đèn LED. Bạn đấu dây mạch đúng cách, kết nối một đầu của nút ấn với đầu vào kỹ thuật số và nối đất với đầu kia. Cuối cùng, khi bạn cấp nguồn, bạn nhận thấy rằng đèn LED bật và tắt mà không cần bạn nhấn công tắc.

Nếu bạn đã từng quan sát những tình huống như thế này, có khả năng là bạn đã quên thêm một điện trở kéo lên vào mạch kỹ thuật số của mình. Vậy chính xác điện trở kéo lên là gì? Nó hoạt động như thế nào và bạn sử dụng nó như thế nào?

Điện trở kéo lên là gì?

Điện trở kéo lên là điện trở bạn thêm vào mạch kỹ thuật số để tránh các tín hiệu không mong muốn có thể ảnh hưởng đến logic hoặc lập trình mạch của bạn. Đó là một cách để phân cực hoặc kéo một đường dây đầu vào thành dương hoặc VCC khi không có thiết bị hoạt động nào khác đang điều khiển đường dây. Bằng cách kéo dòng tới VCC, bạn đặt trạng thái mặc định của dòng thành 1 hoặc true một cách hiệu quả.

Đặt trạng thái mặc định của tất cả các chân đầu vào là rất quan trọng để tránh các tín hiệu ngẫu nhiên được tạo ra trong trạng thái thả nổi của nó. Chân đầu vào ở trạng thái nổi khi nó bị ngắt kết nối khỏi nguồn hoạt động như mặt đất hoặc VCC.

Điện trở kéo lên thường được sử dụng trong các mạch kỹ thuật số sử dụng vi điều khiển và máy tính bảng đơn.

Điện trở kéo lên hoạt động như thế nào trong mạch điện

Khi sử dụng công tắc tạm thời trên mạch kỹ thuật số, việc nhấn công tắc sẽ làm cho mạch đóng lại và truyền giá trị thực hoặc cao tới vi điều khiển. Tuy nhiên, việc ngắt công tắc sẽ không nhất thiết ngăn chân đầu vào gửi tín hiệu như vậy.

Điều này là do việc cắt kết nối thông qua một công tắc có nghĩa là nó không còn được kết nối với bất kỳ thứ gì ngoài không khí. Điều này làm cho đường dây ở trạng thái nổi, trong đó các tín hiệu từ môi trường có khả năng khiến chân tăng cao tại bất kỳ thời điểm nào.

Để ngăn các tín hiệu đi lạc này đăng ký vào mạch của bạn, bạn sẽ phải đưa vào đường dây đầu vào đủ điện áp để nó tiếp tục đăng ký ở mức cao khi không còn phát hiện thấy tiếp đất. Tuy nhiên, bạn không thể cắm trực tiếp VCC vào đường dây đầu vào vì mạch sẽ bị đoản mạch ngay khi công tắc/cảm biến kết nối đường dây với đất.

Để tránh đoản mạch điện áp kéo lên, bạn cần sử dụng một điện trở. Có đúng giá trị điện trở sẽ đảm bảo rằng đường dây thả nổi sẽ có đủ điện áp tăng cao trong khi đủ thấp để không bị đoản mạch sớm. Lượng điện trở sẽ phụ thuộc vào loại logic mà mạch của bạn đang sử dụng.

Giải thích các họ logic

Để tính toán chính xác giá trị điện trở của điện trở kéo lên, bạn cần biết loại logic mà mạch của bạn đang sử dụng để hoạt động. Họ logic mà mạch của bạn sử dụng sẽ quy định giá trị điện trở mà điện trở kéo lên của bạn sẽ cần.

Có một số loại logic. Dưới đây là một vài trong số họ:

Nếu bạn không chắc mình đang sử dụng họ logic nào, rất có thể mạch của bạn đang sử dụng họ logic CMOS hoặc TTL, vì ECL và DTL đã lỗi thời từ lâu. Đánh dấu chip có tiền tố sử dụng “74” hoặc “54” thường là chip TLL, trong khi đánh dấu chip bằng “CD” hoặc “MC” biểu thị chip CMOS. Nếu vẫn không chắc chắn, bạn có thể dễ dàng tìm ra họ logic mà bộ điều khiển của mình đang sử dụng bằng cách tìm kiếm nhanh bảng dữ liệu của nó trên mạng.

Cách tính giá trị điện trở kéo lên

Bây giờ bạn đã hiểu các loại họ logic khác nhau và điện áp bật và tắt tối thiểu của chúng, bây giờ chúng ta có thể tiến hành tính toán các giá trị cho điện trở kéo lên của mình.

Để tính giá trị điện trở chính xác, bạn sẽ cần ba giá trị. Điện áp tối thiểu của họ logic mà mạch của bạn đang sử dụng, điện áp cung cấp của mạch và dòng rò đầu vào, bạn có thể tìm thấy trên bảng dữ liệu hoặc bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng.

Khi bạn có tất cả các biến, bạn chỉ cần cắm chúng vào công thức sau:

Giá trị điện trở = (điện áp cung cấp – điện áp cao logic) / dòng rò đầu vào

Ví dụ: giả sử mạch của bạn sử dụng TTL và dòng đầu vào đang sử dụng 100uA ở mức 5V. Chúng tôi biết rằng TTL cần tối thiểu 2V để tăng cao và tối đa 0,8 volt để tăng thấp. Điều này có nghĩa là điện áp thích hợp thoát ra khỏi điện trở kéo lên của chúng ta phải nằm trong khoảng từ 3V đến 4V vì điện áp phải cao hơn 2V nhưng không cao hơn điện áp cung cấp của chúng ta là 5V.

Các giá trị đã cho của chúng tôi sẽ là:

• Cung cấp hiệu điện thế = 5V
• logic điện áp cao = 4V
• Dòng rò đầu vào = 100μA hoặc 0,0001A

Bây giờ chúng ta có các biến, hãy cắm chúng vào công thức:

(5V – 4V) / 100μA = 10.000 ôm

Điện trở kéo lên của chúng tôi cần phải là 10.000 ohms (10 kilohms hoặc 10kΩ).

Cách sử dụng điện trở kéo lên trong mạch

Điện trở kéo lên thường được sử dụng trong các mạch kỹ thuật số để tránh nhiễu không mong muốn với chương trình kỹ thuật số của mạch. Bạn có thể sử dụng điện trở kéo lên nếu mạch kỹ thuật số sử dụng công tắc và cảm biến làm thiết bị đầu vào. Ngoài ra, điện trở kéo lên sẽ chỉ hiệu quả nếu các chân đầu vào được nối đất. Nếu các chân đầu vào được kết nối với VCC, bạn có thể muốn sử dụng các điện trở kéo xuống để thay thế.

Để sử dụng điện trở kéo lên, bạn cần xác định đường dây đầu vào kết nối với thiết bị đầu vào. Khi đã xác định được vị trí, bạn sẽ muốn tính giá trị của điện trở bằng cách sử dụng công thức đã thảo luận trước đó. Nếu mạch của bạn không thực sự đòi hỏi nhiều độ chính xác, bạn chỉ cần sử dụng các giá trị điện trở nằm trong khoảng từ 1kΩ đến 10kΩ.

Bây giờ bạn đã có điện trở với giá trị phù hợp, bạn có thể đặt một đầu của điện trở kéo lên VCC và một đầu giữa thiết bị đầu vào và MCU. Chúc mừng! Bây giờ bạn đã biết điện trở kéo lên là gì và cách sử dụng nó.

Một số bộ vi điều khiển như bo mạch Arduino và SBC chẳng hạn như Raspberry Pi, có điện trở kéo lên bên trong mà bạn có thể kích hoạt trong mã thay cho điện trở kéo lên bên ngoài.

Củng cố kiến ​​thức của bạn thông qua kinh nghiệm

Tóm lại, điện trở kéo lên là một thành phần quan trọng giúp bảo vệ mạch của bạn khỏi các nhiễu lân cận. Bằng cách đặt trạng thái mặc định của chân đầu vào thành cao, nó ngăn các tín hiệu ngẫu nhiên can thiệp vào logic hoặc lập trình mạch của bạn. Và bây giờ bạn đã biết cách sử dụng nó, bạn có thể muốn củng cố kiến ​​thức mới tìm được của mình bằng cách áp dụng nó cho các dự án tiếp theo của mình.