В электронных логических схемах подтягивающий резистор ( PU ) или понижающий 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 VCC . Замыкание переключателя создает прямое соединение с землей или VCC , но когда переключатель разомкнут, остальная часть цепи останется плавающей (т. е. будет иметь неопределенное напряжение).
Для переключателя, который используется для подключения цепи к V CC (например, если переключатель или кнопка используются для передачи «высокого» сигнала), понижающий резистор, подключенный между цепью и землей, обеспечивает четко определенное напряжение заземления. (т.е. логический низкий уровень) на оставшейся части цепи, когда переключатель разомкнут. Для переключателя, который используется для подключения цепи к земле, подтягивающий резистор (подключенный между цепью и V CC ) обеспечивает четко определенное напряжение (т. е. V CC или высокий логический уровень), когда переключатель разомкнут.
Разомкнутый переключатель не эквивалентен компоненту с бесконечным сопротивлением, поскольку в первом случае стационарное напряжение в любой петле, в которой он участвует, уже не может определяться законами Кирхгофа . Следовательно, напряжения на этих критических компонентах (таких как логический элемент в примере справа), которые присутствуют только в контурах с разомкнутым ключом, также не определены.
Подтягивающий резистор эффективно создает дополнительный контур вокруг критически важных компонентов, гарантируя четкое определение напряжения даже при разомкнутом переключателе.
Чтобы подтягивающий резистор служил только этой цели и не мешал цепи в противном случае, необходимо использовать резистор с соответствующим сопротивлением. При этом предполагается, что критические компоненты имеют бесконечный или достаточно высокий импеданс , что гарантируется, например, для логических элементов, изготовленных из полевых транзисторов . В этом случае при разомкнутом ключе напряжение на подтягивающем резисторе (с достаточно низким сопротивлением) практически исчезает, и схема выглядит как провод, подключенный к VCC . С другой стороны, когда переключатель замкнут, подтягивающий резистор должен иметь достаточно высокий импеданс по сравнению с замкнутым переключателем, чтобы не влиять на соединение с землей. Вместе эти два условия можно использовать для получения подходящего значения импеданса подтягивающего резистора, но обычно получают только нижнюю границу, предполагая, что критические компоненты действительно имеют бесконечный импеданс. Резистор с низким сопротивлением (относительно цепи, в которой он находится) часто называют «сильным» подтягивающим или понижающим; когда цепь разомкнута, она очень быстро повысит или понизит выходной сигнал (так же, как изменяется напряжение в RC-цепи ), но будет потреблять больше тока. Резистор с относительно высоким сопротивлением называется «слабым» подтягивающим или понижающим; когда цепь разомкнута, она будет медленнее повышать или понижать выходной сигнал, но будет потреблять меньший ток. Имейте в виду, что этот ток, который по сути является пустой тратой энергии, течет только тогда, когда переключатель замкнут, и технически в течение короткого периода после его размыкания, пока заряд, накопившийся в цепи, не разрядится на землю.
Подтягивающий резистор можно использовать при подключении логических элементов к входам. Например, входной сигнал может быть подтянут резистором, а затем можно использовать переключатель или перемычку для подключения этого входа к земле. Его можно использовать для получения информации о конфигурации, для выбора опций или для устранения неполадок устройства.
Подтягивающие резисторы могут использоваться на логических выходах, где логическое устройство не может генерировать ток, например логические устройства 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 представлять собой дискретные устройства, установленные на той же плате, что и логические устройства. Многие микроконтроллеры , предназначенные для встроенных приложений управления, имеют внутренние программируемые подтягивающие резисторы для логических входов, поэтому не требуется много внешних компонентов.
Некоторыми недостатками подтягивающих резисторов являются дополнительная мощность, потребляемая при прохождении тока через резистор, и уменьшенная скорость подтягивания по сравнению с активным источником тока. Некоторые семейства логических систем чувствительны к переходным процессам питания , вносимым в логические входы через подтягивающие резисторы, что может привести к использованию отдельного фильтрованного источника питания для подтягивающих устройств.
Понижающие резисторы можно безопасно использовать с логическими элементами КМОП , поскольку входы управляются напряжением. Логические входы TTL , которые остаются неподключенными, по своей сути имеют высокий уровень, и для обеспечения низкого уровня на входе требуется понижающий резистор гораздо меньшего номинала. Стандартный вход TTL с логической «1» обычно работает при токе источника 40 мкА и уровне напряжения выше 2,4 В, что позволяет использовать подтягивающий резистор сопротивлением не более 50 кОм; тогда как ожидается, что вход TTL при логическом «0» будет потреблять 1,6 мА при напряжении ниже 0,8 В, что потребует понижающего резистора сопротивлением менее 500 Ом. [2] Удержание неиспользуемых входов TTL на низком уровне потребляет больше тока. По этой причине в схемах TTL предпочтительны подтягивающие резисторы.
В семействах биполярной логики, работающих при напряжении 5 В постоянного тока, типичное значение подтягивающего резистора будет составлять 1000–5000 Ом , исходя из требования обеспечения требуемого тока логического уровня во всем рабочем диапазоне температур и напряжения питания. Для КМОП- и МОП- логики можно использовать гораздо более высокие значения резистора, от нескольких тысяч до миллиона Ом, поскольку требуемый ток утечки на дискретном входе невелик.