上拉电阻

上拉电阻如何工作?

您可以将集成电路 (IC) 的输入引脚视为具有接地的电阻器。这称为输入阻抗

输入阻抗创建带有上拉电阻的分压器

这两个电阻组成了一个分压器如果查看标准分压器电路,可以看到上拉电阻为 R1,输入阻抗为 R2:

基本分压器电路

您可以使用分压器公式找到未按下按钮时输入引脚上的电压:

V_{OUT} = V_{IN} * \frac{R2}{R1 + R2}

下面,我重命名了公式的组成部分以适应上拉示例。输入电压为上拉示例中的 V DD 。输出电压是输入引脚上的电压。于是公式就变成了:

V_{pin} = V_{DD} * \frac{R_{阻抗}}{R_{上拉} + R_{阻抗}}

示例计算

假设您的芯片的输入阻抗为 1MΩ(对于许多芯片来说,100kΩ 到 1MΩ 是正常的)。如果您的电源是 9V,并且您选择了一个 10 kΩ 的上拉电阻,那么输入引脚上的电压是多少?

V_{pin} = 9V * \frac{1 M\Omega}{10 k\Omega + 1 M\Omega} = 8.9V

输入引脚上的电压为 8.9V,足以充当高电平输入。

一般来说,如果您坚持使用不超过输入阻抗十倍的上拉电阻器的经验法则,您将确保您始终具有至少 90% 的 VDD 电压输入引脚。

如何找到 IC 的输入阻抗

您可以轻松测量芯片的输入阻抗。阻抗实际上是电阻的一个术语,它可以根据频率而变化。但是对于这种上拉情况,我们只处理直流电流

将例如 10 kΩ 的上拉电阻连接到芯片的输入端,并测量输入端的电压。

如何找到IC的输入阻抗

假设您测量时得到 8.5V。

使用它通过欧姆定律找到流过电阻器的电流。电阻两端的电压降为 9V – 8.5V = 0.5V,因此您得到:

I = \frac{V}{R} = \frac{0.5V}{10 k\Omega} = 0.00005A = 0.05 mA

有 0.05 mA 电流流过电阻器,因此也通过输入引脚下降到地。再次,使用欧姆定律找出电压降为 8.5 V 和电流为 0.05 mA 的物体的电阻:

R = \frac{V}{I} = \frac{8.5V}{0.00005A} = 170000 \Omega = 170 k\Omega

输入阻抗为 170 kΩ。这意味着该输入的上拉电阻不应超过 17 kΩ。


上拉电阻很常见,你会一直在数字电路中看到它。它只是一个电阻,从输入端连接到电路的正电源V DD 。

例如在 Arduino 上的数字输入。或者4000系列IC等数字芯片的输入。

上拉电阻示例电路

上拉电阻用于确保在未按下按钮时输入引脚处于高电平状态。没有一个,您的输入将是浮动的,并且您冒着输入在 HIGH 和 LOW 之间随机变化的风险,因为它会拾取空气中的噪音。

如何选择上拉电阻值

规则一:值不能太高。

上拉值越高,输入电压越低。重要的是电压足够高,以使芯片将其视为 HIGH 或逻辑 1 输入。

例如,如果您使用带有 10V 电源的CD4017,则输入端至少需要 7V 才能将其视为高电平。

规则2:但也不能太小。

例如,如果您选择 100 Ω,问题是按下按钮时会有大量电流流过它。

使用 9V 电源,您可以在 100 Ω 上获得 9V,即 90 mA。这是不必要的功率浪费,但这也意味着电阻器需要承受 0.81W。大多数电阻器只能处理高达 0.25W 的功率。

经验法则

选择上拉电阻时的经验法则是选择至少比引脚输入阻抗(或内阻)小 10 倍的电阻值。

通常,一个 10 kΩ 的上拉值就可以解决问题。但是,如果您想了解它的工作原理,请继续阅读。


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