في هذا المنشور ، سنستكشف مقاومة السحب والمقاومة المنسدلة ، ولماذا يتم استخدامها بشكل شائع في الدوائر الإلكترونية ، وماذا يحدث للدوائر الإلكترونية بدون مقاومة السحب أو المنسدلة ، وكيفية حساب السحب لأعلى و قيم المقاوم المنسدلة وأخيراً سنرى حول تكوين المجمع المفتوح.

كيف تعمل المدخلات والمخرجات المنطقية في الدوائر الرقمية

في الإلكترونيات الرقمية ومعظم الدوائر القائمة على وحدات التحكم الدقيقة ، تتم معالجة الإشارات الرقمية المعنية في شكل منطق 1 أو منطق 0 ، أي 'مرتفع' أو 'منخفض'.

تصبح البوابات المنطقية الرقمية الوحدات الأساسية لأي دائرة رقمية ، وباستخدام بوابة 'AND' و 'OR' و 'NOT' ، يمكننا بناء دوائر معقدة ، ومع ذلك ، كما هو مذكور أعلاه ، يمكن أن تقبل البوابات الرقمية مستويين فقط من الجهد 'عاليين' ' و منخفض'.

تكون 'HIGH' و 'LOW' بشكل عام في شكل 5V و 0V على التوالي. يشار إلى 'HIGH' أيضًا باسم '1' أو إشارة موجبة للعرض و 'LOW' يشار إليها أيضًا باسم '0' أو إشارة سلبية للتزويد.

تنشأ المشاكل في الدائرة المنطقية أو المتحكم الدقيق عندما يكون الإدخال المغذي في مكان ما في المنطقة غير المحددة بين 2V و 0V.

في مثل هذه الحالة ، قد لا تتعرف الدوائر المنطقية أو المتحكم الدقيق على الإشارة بشكل صحيح ، وستقوم الدائرة بعمل افتراضات خاطئة وتنفيذها.

بشكل عام ، يمكن للبوابة المنطقية التعرف على الإشارة على أنها 'منخفضة' إذا كان الدخل أقل من 0.8 فولت ويمكن أن تتعرف على الإشارة على أنها 'عالية' إذا كان الدخل أعلى من 2 فولت. بالنسبة للميكروكونترولر يمكن أن يختلف هذا كثيرًا.

مستويات منطق الإدخال غير المحددة

تنشأ المشاكل عندما تكون الإشارة بين 0.8 فولت و 2 فولت وتتغير بشكل عشوائي عند دبابيس الإدخال ، يمكن تفسير هذه المشكلة بدائرة نموذجية باستخدام مفتاح متصل بـ IC أو متحكم دقيق.

افترض دارة باستخدام متحكم دقيق أو IC ، إذا أغلقنا الدائرة ، فإن دبوس الإدخال ينتقل إلى 'LOW' ويتحول التتابع إلى 'ON'.

إذا فتحنا المفتاح ، يجب أن يتحول التتابع إلى 'OFF' بشكل صحيح؟ حسنًا ، ليس حقًا.

نحن نعلم أن الدوائر المتكاملة الرقمية والميكروكونترولر الرقمية تأخذ المدخلات إما 'عالية' أو 'منخفضة' ، عندما نفتح المفتاح ، يكون دبوس الإدخال مفتوحًا فقط. إنها ليست 'عالية' ولا 'منخفضة'.

يجب أن يكون دبوس الإدخال 'عاليًا' من أجل إيقاف تشغيل المرحل ، ولكن في الوضع المفتوح ، يصبح هذا الدبوس عرضة لعمليات الالتقاط الطائشة ، والشحنات الساكنة الطائشة ، والضوضاء الكهربائية الأخرى من البيئة المحيطة ، مما قد يتسبب في تشغيل المرحل وإيقافه بطريقة عشوائية.

لمنع مثل هذه المشغلات العشوائية بسبب الجهد الشارد ، في هذا المثال ، يصبح إلزاميًا ربط دبوس الإدخال الرقمي المعروض بمنطق 'عالي' ، بحيث عندما يتم قلب المفتاح ، يتصل الدبوس تلقائيًا بحالة محددة 'عالية' أو مستوى العرض الإيجابي لـ IC.

للحفاظ على رقم التعريف الشخصي 'HIGH' ، يمكننا توصيل دبوس الإدخال بـ Vcc.

في الدائرة أدناه ، يتم توصيل دبوس الإدخال بـ Vcc ، مما يحافظ على الإدخال 'عاليًا' إذا فتحنا المفتاح ، مما يمنع التشغيل العشوائي للمرحل.

قد تعتقد ، الآن لدينا الحل. لكن لا .... ليس بعد!

وفقًا للرسم التخطيطي ، إذا أغلقنا المفتاح ، فستكون هناك دائرة كهربائية قصيرة وإيقاف ودائرة كهربائية قصيرة للنظام بأكمله. لا يمكن أن يكون لدائرتك أي وضع أسوأ من ماس كهربائي

ترجع الدائرة القصيرة إلى تدفق تيار كبير جدًا عبر مسار منخفض المقاومة يحرق آثار ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، ونفخ الصمامات ، وتشغيل مفاتيح الأمان ، بل وقد يتسبب في أضرار قاتلة لدارتك.

لمنع هذا التدفق الثقيل للتيار وأيضًا للحفاظ على دبوس الإدخال في حالة 'عالية' ، يمكننا استخدام المقاوم المتصل بـ Vcc ، أي بين 'الخط الأحمر'.

في هذه الحالة ، سيكون الدبوس في حالة 'عالية' إذا فتحنا المفتاح ، وعند إغلاق المفتاح لن يكون هناك أي دائرة كهربائية قصيرة ، كما يُسمح لدبوس الإدخال بالاتصال مباشرة بـ GND ، مما يجعله ' قليل'.

إذا أغلقنا المفتاح ، فسيكون هناك انخفاض ضئيل في الجهد عبر المقاوم للسحب وستظل بقية الدائرة غير متأثرة.

يجب على المرء أن يختار قيمة المقاوم للسحب / السحب لأسفل على النحو الأمثل بحيث لا يسحب الزائدة من خلال المقاوم.

حساب قيمة المقاوم للسحب:

لحساب القيمة المثلى ، يجب أن نعرف 3 معلمات: 1) Vcc 2) الحد الأدنى لجهد الإدخال الذي يمكن أن يضمن جعل المخرجات 'عالية' 3) تيار إدخال عالي المستوى (التيار المطلوب). كل هذه البيانات مذكورة في ورقة البيانات.

لنأخذ مثال بوابة NAND المنطقية. وفقًا لورقة البيانات الخاصة به ، فإن Vcc هو 5 فولت ، الحد الأدنى لجهد إدخال العتبة (جهد إدخال عالي المستوى V._هم) هو 2 فولت وإدخال تيار عالي المستوى (I._هم) هو 40 uA.

“rf مخطط دائرة الإرسال والاستقبال pdf ”

من خلال تطبيق قانون أوم يمكننا إيجاد قيمة المقاوم الصحيحة.

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ أنا_هم

أين،

Vcc هو جهد التشغيل ،

الخامس_{IH (MIN)}هو جهد إدخال عالي المستوى ،

أنا_همهو ارتفاع مستوى الإدخال الحالي.

الآن دعونا نجري المطابقة ،

R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75 كيلو أوم.

يمكننا استخدام قيمة مقاومة بحد أقصى 75 كيلو أوم.

ملاحظة:

هذه القيمة محسوبة للظروف المثالية ، لكننا لا نعيش في عالم مثالي. للحصول على أفضل عملية ، يمكنك توصيل مقاوم أقل بقليل من القيمة المحسوبة على سبيل المثال 70 كيلو أو 65 كيلو أو حتى 50 كيلو أوم ولكن لا تقلل المقاومة منخفضة بما يكفي لتوصيل تيار ضخم على سبيل المثال 100 أوم ، 220 أوم للمثال أعلاه.

مقاومات سحب متعددة البوابات

في المثال أعلاه ، رأينا كيفية اختيار مقاوم سحب لبوابة واحدة. ماذا لو كان لدينا 10 بوابات يجب توصيلها جميعًا بمقاوم سحب؟

تتمثل إحدى الطرق في توصيل 10 مقاومات سحب عند كل بوابة ، ولكن هذا ليس حلًا سهل التكلفة وفعالاً. سيكون الحل الأفضل هو توصيل جميع دبابيس الإدخال معًا بمقاوم سحب واحد.

لحساب قيمة المقاوم الانسحاب للشرط أعلاه ، اتبع الصيغة أدناه:

R = Vcc - V_{IH (MIN)}/ N x أنا_هم

'N' هو عدد البوابات.

ستلاحظ أن الصيغة أعلاه هي نفس الصيغة السابقة ، والفرق الوحيد هو ضرب عدد البوابات.

لذا ، فلنقم بالحسابات مرة أخرى ،

R = 5-2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7.5 كيلو أوم (بحد أقصى)

الآن بالنسبة لبوابات NAND العشر ، حصلنا على قيمة المقاوم بطريقة يكون فيها التيار أعلى 10 مرات من بوابة NAND واحدة (في المثال السابق) ، بحيث يمكن للمقاوم الحفاظ على الحد الأدنى من 2V عند ذروة الحمل ، مما يضمن المطلوب الإخراج دون أي خطأ.

يمكنك استخدام نفس الصيغة لحساب مقاومة السحب لأي تطبيق.

المقاومات المنسدلة:

يحافظ المقاوم للسحب على الدبوس 'عاليًا' إذا لم يتم توصيل أي دخل بمقاوم منسدل ، فإنه يحافظ على الدبوس 'منخفضًا' إذا لم يتم توصيل أي دخل.

يتكون المقاوم المنسدل عن طريق توصيل المقاوم بالأرض بدلاً من Vcc.

يمكن حساب المنسدلة من خلال:

R = V._{IL (ماكس)}/ أنا_ال

أين،

الخامس_{IL (ماكس)}هو جهد إدخال منخفض المستوى.

أنا_الهو مستوى الإدخال المنخفض الحالي.

كل هذه المعلمات مذكورة في ورقة البيانات.

R = 0.8 / 1.6 × 10 ^ -3 = 0.5 كيلو أوم

يمكننا استخدام مقاومة بحد أقصى 500 أوم من أجل السحب لأسفل.

لكن مرة أخرى ، يجب أن نستخدم قيمة المقاوم أقل من 500 أوم.

خرج المجمع المفتوح / الصرف المفتوح:

يمكننا أن نقول أن الدبوس هو 'خرج جامع مفتوح' عندما لا يستطيع IC دفع المخرجات 'HIGH' ولكن يمكنه فقط دفع ناتجه 'LOW'. إنه ببساطة يربط الخرج بالأرض أو ينفصل عن الأرض.

يمكننا أن نرى كيف يتم تكوين تكوين المجمع المفتوح في IC.

نظرًا لأن الإخراج إما أرضي أو دائرة مفتوحة ، فنحن بحاجة إلى توصيل مقاوم سحب خارجي يمكنه تشغيل الدبوس 'عاليًا' عندما يكون الترانزستور مغلقًا.

هذا هو نفسه بالنسبة إلى الصرف المفتوح ، والفرق الوحيد هو أن الترانزستور الداخلي داخل IC هو MOSFET.

الآن ، قد تسأل لماذا نحتاج إلى تكوين استنزاف مفتوح؟ نحن بحاجة إلى توصيل مقاوم سحب على أي حال.

حسنًا ، يمكن أن يتنوع جهد الخرج عن طريق اختيار قيم مقاومة مختلفة عند خرج المجمع المفتوح ، لذلك فهو يوفر مزيدًا من المرونة للحمل. يمكننا توصيل الحمل عند الخرج الذي يحتوي على جهد تشغيل أعلى أو أقل.

إذا كان لدينا قيمة مقاومة سحب ثابتة ، فلا يمكننا التحكم في الجهد عند الخرج.

أحد عيوب هذا التكوين هو أنه يستهلك تيارًا هائلاً وقد لا يكون صديقًا للبطارية ، بل يحتاج إلى تيار أعلى لتشغيله بشكل صحيح.

لنأخذ مثالاً على بوابة IC 7401 ذات منطق التصريف المفتوح 'NAND' ونرى كيفية حساب قيمة المقاوم للسحب.

نحتاج إلى معرفة المعلمات التالية:

الخامس_{OL (ماكس)}وهو أقصى جهد دخل إلى IC 7401 والذي يمكن أن يضمن تشغيل الإخراج 'LOW' (0.4V).

أنا_{OL (ماكس)}وهو تيار الإدخال منخفض المستوى (16 مللي أمبير).

Vcc هو جهد التشغيل وهو 5V.