پرش به محتوا

مقاومت پول آپ (Pull-up) و پول داون (Pull-down)

در مدار های منطقی الکترونیکی  مقاومت پول آپ و  مقاومت پول داون به  مقاومتی گفته می شود؛ که با استفاده از آن می توان از وضعیت سطح منطقی در یک پین تحت هر شرایط اطمینان حاصل کرد. این نوع مقاومت معمولاً در ترکیب با المان هایی مانند کلیدها و ترانزیستور ها، استفاده می شود. مدار های منطقی دیجیتال دارای سه حالت هستند :  بالا (high) پایین (low) و شناور (امپدانس بالا) 

چرا مقاومت پول آپ یا پول داون

 حالت امپدانس بالا (floating) در میکروکنترلر زمانی اتفاق می افتد (بدون استفاده از مقاومت پول آپ یا پول داون)، که پایه در هیچ کدام از حالت های بالا (یک منطقی) و پایین (صفر منطقی) نیستند؛ و میکروکنترلر ممکن است به طور غیر قابل پیش بینی، مقدار ورودی را به صورت یک یا صفر منطقی تفسیر کند؛ بنابراین حالت امپدانس بالا حالتی بین high و low است؛ برای مثال در  شکل 1 زمانی که سوئیچ ما وصل است، به ترتیب مقدار صفر و یک روی پایه میکروکنترلر تفسیر می شود؛ اما زمانی که سوئیچ ها قطع باشند حالت امپدانس بالا اتفاق می افتد و پایه ما نه در حالت صفر منطقی و نه در حالت یک منطقی است.
برای حل این مشکل از مقاومت پول آپ و پول دان استفاده می کنیم. (منبع)

مقاومت پول آپ و پول داون
شکل 1

نوع مقاومت های پول آپ و پول داون

این نوع مقاومت ها نوع خاصی از مقاومت ها نیستند بلکه مقاومت های ثابتی هستند  که در حالت پول آپ بین پین مربوطه و ولتاژ منبع (Vccو در حالت پول داون بین پین و زمین (GND) مدار قرار می گیرند.

در شکل 2 مثالی از مقاومت پول داون را مشاهده می کنید؛ در این مدار زمانی که کلید بسته است مقدار (high) روی پایه میکرو کنترلر اعمال می شود و زمانی که کلید باز است مقاومت پول داون ولتاژ زمین (low) را به پایه اعمال می کند و از مقدار نامشخص جلوگیری می شود. مقاومت پول داون باید مقدار مقاومت بیشتری نسبت به امپدانس مدار منطقی داشته باشد، در غیر این صورت مقاومت پول داون ممکن است صرف نظر از موقعیت کلید مقدار ولتاژ را بیش از حد پایین بیاورد و در مقدار  low  آن را ثابت کند. (منبع)

مقاومت پول آپ داون
شکل 2

در تصویر بعد مثالی از مقاومت پول آپ را مشاهده می کنید. در این مدار زمانی که کلید بسته است مقدار low (صفر منطقی) را روی پایه مورد نظر میکرو اعمال می کند. سپس زمانی که کلید باز است مقاومت پول آپ در مدار مقدار high (یک منطقی)  یا همان vcc را به سمت پایه می کشد. در نهایت از حالت شناور (امپدانس بالا) جلوگیری می شود.

مقاومت پول آپ داون
شکل 3

مقدار مقاومت پول آپ و پول داون

مقدار مناسب برای مقاومت pull-up (یا pull-down) توسط دو عامل محدود میشود:

 اولین عامل : اگر مقدار مقاومت خیلی کم باشد با توجه به قانون اهم جریان بالایی از آن عبور می کند. بنابراین دستگاه گرم می شود و در زمان بسته شدن کلید انرژی غیر ضروری مصرف میکند. به این حالت پول آپ قوی می گویند. مخصوصا در زمانی که میزان مصرف انرژی برای ما مهم است این مورد تاثیر گذار است.

فاکتور دوم : اگر مقدار مقاومت پول آب بیش از حد بالا باشد همراه با جریان نشتی زیاد پین ورودی در هنگام باز بودن سوئیچ ممکن است ولتاژ پین به مقدار کافی  نرسد که به این حالت پول آپ ضعیف گفته می شود.

محاسبه مقدار مقاومت

یک قانون کلی این است که از مقاومتی استفاده کنید که حداقل 10 برابر کوچکتر از مقدار امپدانس پین ورودی باشد. در خانواده های منطق دوقطبی (bipolar logic) که در ولتاژ 5 ولت کار می کنند. مقدار مقاومت پول آپ معمولا 1-5 کیلو اهم است. برای کاربردهای سوئیچ و سنسور مقاومتی، مقدار مقاومت کششی معمولی 1-10 کیلو اهم است.

در هنگامی که شک داریم از چه مقدار مقاومتی برای کلید استفاده کنیم، میتوانیم از مقاومت 4.7 کیلو اهم شروع کنیم. برخی از مدارهای دیجیتال، مانند خانواده‌های CMOS، دارای جریان نشتی ورودی کوچکی هستند که مقادیر مقاومت بسیار بالاتری را از حدود 10 کیلو اهم تا 1 مگا اهم ممکن می‌سازد.

نقطه ضعف استفاده از مقاومت بزرگتر  این است که پین ورودی به آرامی به تغییرات ولتاژ پاسخ می دهد دلیل آن اتصال بین مقاومت فولاد و ظرفیت کل پین و سیم در گره سوئیچینگ است که یک مدار RC را تشکیل می دهد هرچه حاصل ضرب R و C بزرگتر باشد مقدار زمان ما برای شارژ و دشارژ شدن خازن بیشتر می‌شود و در نتیجه مدار کنترل میشود در مدارهای پرسرعت یک مقاومت پول آپ بزرگ می توانند سرعت پین را در هنگام تغییر حالت محدود کند.

نمونه محاسبه برای مقاومت پول آپ

اما اگر بخواهیم از راه حل محاسباتی استفاده کنیم:

فرض کنید وقتی دکمه در مدار زیر فشرده می‌شود، می‌خواهید جریان را به تقریباً 1 میلی آمپر محدود کنید، جایی که Vcc = 5 ولت است. از چه مقدار مقاومتی باید استفاده کنید؟

مقاومت پول آپ داون

نحوه محاسبه مقاومت کششی با استفاده از قانون اهم آسان است: V = R.I

با اشاره به شماتیک بالا، قانون اهم اکنون این است:  (جریان مقاومت R1) . Vcc = R1 

 معادله بالا را با مقداری جبر ساده برای حل مقاومت مجدداً مرتب کنید:

5V/0.001A = 5KΩ = جریان مقاومت R1 = Vcc/R1

به یاد داشته باشید که قبل از محاسبه، تمام واحدهای خود را به ولت، آمپر و اهم تبدیل کنید (به عنوان مثال 1 میلی آمپر = 0.001 آمپر)؛ راه حل این است که از یک مقاومت 5 کیلو اهم استفاده کنید.(منبع)

کاربرد های مقاومت های پول آپ و پول داون

مقاومت‌های کششی و پایین‌ روی معمولاً هنگام اتصال یک سوئیچ، یا برخی ورودی‌ های دیگر با یک میکروکنترلر یا سایر گیت‌ های دیجیتال، استفاده می‌شوند.

بیشتر میکروکنترلر ها دارای مقاومت پول آپ و یا پول داون داخلی هستند. که نیاز به ما به استفاده از آن را برطرف می کند و به قطعات خارجی کمتری نیاز پیدا می کنیم. مقاومت های پول آپ معمولاً بیشتر از مقاومت های پول داون استفاده می شوند. اگر چه برخی از میکروکنترلر ها دارای هر دو مقاومت هستند.

برای مثال در آردوینو برای استفاده از مقاومت پول آپ از تابع pinmode استفاده می کنیم :

				
					pinmode(pin,INPUT_PULLUP);
				
			

 که در این حالت پایه مورد نظر ما ورودی با مقاومت پول آپ تعریف می گردد و نیازی به قطعات خارجی نیست و امکان ارتباط مستقیم سوییچ با آردوینو امکان پذیر می شود. (برای مشاهده آموزش توابع آردوینو کلیک کنید)

کاربرد دیگر در گذرگاه پروتکل I2C است ( I2C protocol bus) که در آن از مقاومت‌های pull-up برای فعال کردن یک پین به عنوان ورودی یا خروجی استفاده می‌شود. وقتی به باس متصل نیست، پین در حالت امپدانس بالا شناور می شود.

از مقاومت های کششی نیز در خروجی ها برای ارائه امپدانس خروجی مشخص استفاده می شود.(منابع)

اشتراک گذاری این نوشته

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

تماس با ما

عضویت

عضو سایت هستید؟ برای ورود کلیک کنید

ورود به حساب کاربری