抵抗器をプルアップおよびプルダウン

抵抗器とは何ですか？

抵抗器は電流制限装置であり、電子回路や製品に豊富に使用されています。これは、電流が流れるときに抵抗を提供する受動部品です。抵抗器にはさまざまな種類があります。抵抗はΩの符号でオームで測定されます。

プルアップ抵抗とプルダウン抵抗とは何ですか？なぜそれらが必要なのですか？

デジタル回路を考えると、ピンは常に0または1のいずれかです。場合によっては、状態を0から1または1から0に変更する必要があります。いずれの場合も、デジタルピンを0のいずれかに保持する必要があります。次に、状態を1に変更するか、0を保持してから1に変更する必要があります。どちらの場合も、デジタルピンを「High」または「Low」にする必要がありますが、フローティングのままにすることはできません。

そのため、いずれの場合も、状態は以下のように変化します。

ここで、HighとLowの値を実際の電圧値に置き換えると、Highは論理レベルHIGH（たとえば、5V）になり、Lowはグランドまたは0Vになります。

プルアップ抵抗は、（それが5Vである上記画像における）高として、または論理レベルにデジタルピンのデフォルト状態を作るために使用され、プルダウン抵抗は正反対に、デジタルのデフォルト状態になるん低（0V）としてピン。

しかし、なぜこれらの抵抗が必要なのか、代わりにデジタルロジックピンをロジックレベル電圧に直接接続するか、下の画像のようにグランドに接続することができますか？

まあ、これはできませんでした。デジタル回路は低電流で動作するため、ロジックピンを電源電圧またはグランドに直接接続することは適切ではありません。直接接続は最終的に短絡と同じように電流の流れを増加させ、敏感な論理回路を損傷する可能性があるため、お勧めできません。電流の流れを制御するには、これらのプルダウン抵抗またはプルアップ抵抗が必要です。プルアップ抵抗は、供給電圧源からデジタル入力ピンへの制御された電流の流れを可能にし、プルダウン抵抗は、デジタルピンからグランドへの電流の流れを効果的に制御できます。同時に、両方の抵抗、プルダウン抵抗とプルアップ抵抗がデジタル状態をLowまたはHighに保持します。

プルアップ抵抗とプルダウン抵抗を使用する場所と方法

上記のマイクロコントローラーの画像を参照すると、デジタルロジックピンがグランドとVCCで短絡されているため、プルアップ抵抗とプルダウン抵抗を使用して接続を変更できます。

デフォルトのロジック状態が必要であり、何らかの相互作用または外部周辺機器によって状態を変更したい場合、プルアップまたはプルダウン抵抗を使用します。

プルアップ抵抗

デフォルトとしてハイ状態が必要で、外部の相互作用によって状態をローに変更したい場合は、下の画像のようにプルアップ抵抗を使用できます-

デジタル論理入力ピンP0.5は、スイッチSW1を使用して、論理1またはHighから論理0またはLowに切り替えることができます。R1の抵抗はプルアップ抵抗として機能しています。 5Vの電源からの論理電圧に接続されています。したがって、スイッチが押されていないときは、論理入力ピンのデフォルト電圧は常に5Vであるか、スイッチが押されてピンがグランドに短絡されて論理Lowになるまでピンは常にHighになります。

ただし、ピンを直接グランドまたはVccに短絡することはできないと述べたように、短絡状態により最終的に回路が損傷するため、この場合、閉じたスイッチを使用して再びグランドに短絡します。しかし、注意深く見てください、それは実際にショートしていません。オームの法則に従って、プルアップ抵抗のために、少量の電流がソースから抵抗とスイッチに流れ、次にグランドに到達するためです。

このプルアップ抵抗を使用しない場合、スイッチが押されているときに出力が直接グランドに短絡します。一方、スイッチが開くと、ロジックレベルピンがフロートし、望ましくないものになる可能性があります。結果。

プルダウン抵抗

プルダウン抵抗についても同じことが言えます。プルダウン抵抗が接続とともに示されている以下の接続を検討してください-

上の画像では、まったく逆のことが起こっています。接地または0Vに接続されるプルダウン抵抗R1。したがって、スイッチが押されてロジックレベルピンがハイになるまで、デジタルロジックレベルピンP0.3をデフォルト0にします。このような場合、閉じたスイッチとプルダウン抵抗を使用して5Vソースからグランドに少量の電流が流れるため、ロジックレベルピンが5Vソースと短絡するのを防ぎます。

したがって、さまざまな論理レベル回路には、プルアップ抵抗とプルダウン抵抗を使用できます。これは、さまざまな組み込みハードウェア、1線式プロトコルシステム、マイクロチップの周辺機器接続、Raspberry Pi、Arduino、さまざまな組み込みセクター、およびCMOS入力とTTL入力で最も一般的です。

プルアップ抵抗とプルダウン抵抗の実際の値の計算

さて、プルアップ抵抗とプルダウン抵抗の使い方を知っているので、問題はそれらの抵抗の値がどうなるかということです。ただし、多くのデジタルロジックレベル回路では、2kから4.7kの範囲のプルアップまたはプルダウン抵抗が見られます。しかし、実際の値はどうなりますか？

これを理解するには、論理電圧とは何かを知る必要がありますか？どのくらいの電圧がロジックローと呼ばれ、どのくらいの電圧がロジックハイと呼ばれますか？

さまざまなロジックレベルで、さまざまなマイクロコントローラがロジックハイとロジックローに異なる範囲を使用します。

トランジスタ-トランジスタロジック（TTL）レベル入力を検討する場合、下のグラフは、ロジックハイ判定の最小ロジック電圧と、ロジックを0またはローとして検出するための最大ロジック電圧を示しています。

ご覧のとおり、TTLロジックの場合、ロジック0の最大電圧は0.8Vです。したがって、0.8V未満を提供すると、ロジックレベルは0として受け入れられます。一方、2Vを超えて最大5.25Vを提供すると、ロジックはHighとして受け入れられます。ただし、0.8V〜2Vではブランク領域であり、その電圧ではロジックがHighまたはLowとして受け入れられることを保証できません。したがって、安全のために、TTLアーキテクチャでは、0V〜0.8VをLowとして、2V〜5VをHighとして受け入れます。これにより、LowとHighがその限界電圧でロジックチップによって認識されることが保証されます。

値を決定するための式は、単純なオームの法則です。オームの法則に従って、式は次のようになります。

V = I x R R = V / I

プルアップ抵抗の場合、Vはソース電圧になります–最小電圧はHighとして受け入れられます。

そして、電流はロジックピンによって沈められた最大電流になります。

そう、

R_{プルアップ}=（V_電源– V _H（min））/_シンク

ここで、V_供給は供給電圧、V _H（min）はHighとして受け入れられる最小電圧、I_シンクはデジタルピンによって_シンクされる最大電流です。

同じことがプルダウン抵抗にも当てはまります。しかし、式にはわずかな変更があります。

R_{プルアップ}=（V _L（max） – 0）/ I_ソース

ここで、（V _{L（max）の} 最大電圧は論理ローとして受け入れ、そしてIのれる_{ソースは、} デジタルピンによって供給される最大電流です。

実例

供給源が3.3Vで許容可能な論理高電圧が3Vの論理回路があり、最大30uAの電流をシンクできるとすると、次の式を使用してプルアップ抵抗を選択できます-

ここで、回路が最大ロジック低電圧として1Vを受け入れ、最大200uAの電流を供給できる上記の同じ例を検討すると、プルダウン抵抗は次のようになります。

プルアップ抵抗とプルダウン抵抗の詳細

プルアップまたはプルダウン抵抗を追加することに加えて、現代のマイクロコントローラーは、マイクロコントローラーユニット内に存在するデジタルI / Oピン用の内部プルアップ抵抗をサポートしています。最大の場合、それは弱いプルアップですが、電流が非常に低いことを意味します。

多くの場合、2つまたは3つを超えるデジタル入出力ピンをプルアップする必要があります。このような場合、抵抗ネットワークが使用されます。統合が簡単で、ピン数を減らすことができます。

これは、抵抗ネットワークまたはSIP抵抗と呼ばれます。

これは抵抗ネットのシンボルです。ピン1は抵抗ピンに接続されています。このピンは、プルアップの場合はVCCで、プルダウンの場合はグラウンドに接続する必要があります。このSIP抵抗を使用することにより、個々の抵抗が排除され、ボード内のコンポーネント数とスペースが削減されます。数オームからキロオームまで、さまざまな値で利用できます。