В электронных логических схемах подтягивающий резистор ( PU ) или стягивающий резистор ( PD ) — это резистор, используемый для обеспечения известного состояния сигнала. [1] Обычно он используется в сочетании с такими компонентами, как переключатели и транзисторы , которые физически прерывают соединение последующих компонентов с землей или с V CC . Без такого резистора замыкание переключателя создает прямое соединение с землей или V CC ; когда переключатель разомкнут, остальная часть схемы останется плавающей (т. е. будет иметь неопределенное напряжение), что, как правило, нежелательно.
Для переключателя, который используется для соединения цепи с землей, подтягивающий резистор (подключенный между цепью и V CC ) обеспечивает четко определенное напряжение (т. е. V CC , или логический высокий уровень), когда переключатель открыт. Для переключателя, который используется для соединения цепи с V CC (например, если переключатель или кнопка используются для передачи «высокого» сигнала), подтягивающий резистор, подключенный между цепью и землей, обеспечивает четко определенное напряжение заземления (т. е. логический низкий уровень) на оставшейся части цепи, когда переключатель открыт.
Открытый переключатель не эквивалентен компоненту с бесконечным импедансом. Стационарное напряжение в любой петле с открытым переключателем не может быть определено законами Кирхгофа , в то время как напряжение с компонентом с бесконечным импедансом может быть определено такими законами. Следовательно, напряжения на этих критических компонентах (таких как логический вентиль в примере справа), которые находятся только в петлях, включающих открытый переключатель, также не определены. Подтягивающий резистор эффективно устанавливает дополнительный контур над критическими компонентами, гарантируя, что напряжение будет четко определено даже при открытом переключателе.
Чтобы подтягивающий резистор служил только этой одной цели и не мешал схеме в противном случае, необходимо использовать резистор с соответствующим сопротивлением. Для этого предполагается, что критические компоненты имеют бесконечное или достаточно высокое сопротивление , что гарантировано, например, для логических вентилей, изготовленных из полевых транзисторов . В этом случае, когда переключатель открыт, падение напряжения на подтягивающем резисторе (с достаточно низким сопротивлением) практически исчезает, и схема выглядит как провод, напрямую подключенный к V CC . С другой стороны, когда переключатель закрыт, подтягивающий резистор должен иметь достаточно высокое сопротивление по сравнению с закрытым переключателем, чтобы не влиять на соединение с землей. Вместе эти два условия можно использовать для получения соответствующего значения для сопротивления подтягивающего резистора. Однако, как правило, выводится только нижняя граница, предполагая, что критические компоненты действительно имеют бесконечное сопротивление.
Резистор с относительно низким сопротивлением (относительно цепи, в которой он находится) часто называют «сильным» подтягивающим или стягивающим; когда цепь разомкнута, он очень быстро подтянет выход к высокому или низкому уровню (так же, как напряжение изменяется в RC-цепи ), но будет потреблять больше тока. Резистор с относительно высоким сопротивлением называют «слабым» подтягивающим или стягивающим; когда цепь разомкнута, он медленнее подтянет выход к высокому или низкому уровню, но будет потреблять меньше тока. Этот ток, который по сути является бесполезной энергией, течет только тогда, когда переключатель замкнут, и технически в течение короткого периода после его размыкания, пока заряд, накопленный в цепи, не будет разряжен на землю.
Подтягивающий резистор может использоваться при сопряжении логических вентилей с входами. Например, входной сигнал может быть подтянут резистором, затем переключатель или перемычка могут быть использованы для подключения этого входа к земле. Это может использоваться для информации о конфигурации, для выбора опций или для устранения неполадок устройства.
Подтягивающие резисторы могут использоваться на логических выходах, где логическое устройство не может быть источником тока, например, в логических устройствах TTL с открытым коллектором . Такие выходы используются для управления внешними устройствами, для функции проводного ИЛИ в комбинационной логике или для простого способа управления логической шиной с несколькими подключенными к ней устройствами.
Подтягивающие резисторы могут быть дискретными устройствами, установленными на той же плате, что и логические устройства. Многие микроконтроллеры , предназначенные для встроенных приложений управления, имеют внутренние программируемые подтягивающие резисторы для логических входов, так что не требуется много внешних компонентов.
Подтягивающие резисторы можно безопасно использовать с логическими вентилями КМОП , поскольку входы управляются напряжением. Логические входы ТТЛ , которые остаются неподключенными, изначально плавают на высоком уровне и требуют подтягивающего резистора с гораздо меньшим номиналом, чтобы перевести вход в низкий уровень. Стандартный вход ТТЛ при логической «1» обычно работает, предполагая, что ток источника составляет 40 мкА, а уровень напряжения выше 2,4 В, что позволяет использовать подтягивающий резистор не более 50 кОм; в то время как вход ТТЛ при логическом «0» будет, как ожидается, потреблять 1,6 мА при напряжении ниже 0,8 В, что требует подтягивающего резистора менее 500 Ом. [2] Удержание неиспользуемых входов ТТЛ на низком уровне потребляет больше тока. По этой причине подтягивающие резисторы предпочтительны в схемах ТТЛ.
В семействах биполярной логики, работающих при 5 В постоянного тока, типичное значение подтягивающего резистора будет 1000–5000 Ом , исходя из требования обеспечить требуемый ток логического уровня во всем рабочем диапазоне температуры и напряжения питания. Для логики КМОП и МОП могут использоваться гораздо более высокие значения резистора, от нескольких тысяч до миллиона Ом, поскольку требуемый ток утечки на логическом входе невелик.
Некоторые недостатки резисторов подтяжки включают дополнительную потребляемую мощность при прохождении тока через резистор и пониженную скорость подтяжки по сравнению с активным источником тока. Некоторые семейства логических схем восприимчивы к переходным процессам питания , вводимым в логические входы через резисторы подтяжки, что может потребовать использования отдельного фильтрованного источника питания для подтяжки.