Điện trở kéo lên và kéo xuống là một phần không thể thiếu của nhiều mạch số. Rất quan trọng để hiểu điện trở kéo lên hoặc kéo xuống là gì? Tại sao nó được sử dụng trong mạch số? và cách chọn giá trị của chúng ra sao? Bài viết này sẽ trả lời ba câu hỏi đó và giúp bạn hiểu rõ hơn về chúng.
ĐIỆN TRỞ KÉO LÊN HOẶC KÉO XUỐNG LÀ GÌ:
Đây là các điện trở thông thường được nối giữa các chân đầu vào số và VCC hoặc GND. Mục đích của các điện trở này là đẩy điện áp của các chân đầu vào lên bằng với điện áp của GND hoặc VCC. Tham khảo sơ đồ mạch ở trên, các điện trở R1 và R2 là điện trở kéo lên. Những điện trở này đang kéo điện áp của các chân đầu vào lên mức điện áp VCC.
Bây giờ hãy nhìn vào sơ đồ mạch ở trên, ở đây các điện trở R1 và R2 đóng vai trò là điện trở kéo xuống. Những điện trở này đang kéo điện áp của các chân đầu vào xuống gần mức điện áp GND.
TẠI SAO SỬ DỤNG ĐIỆN TRỞ KÉO LÊN HOẶC KÉO XUỐNG:
Nói tóm lại, mục đích của điện trở kéo lên hoặc kéo xuống là để giữ đầu vào của các chân số ở trạng thái ổn định – mức 1 trong trường hợp của điện trở kéo lên và mức 0 trong trường hợp của điện trở kéo xuống. Để giải thích rõ hơn, chúng ta cần hiểu về các gia đình logic và cách mỗi gia đình khác nhau.
MỨC LOGIC:
Mức logic chính là phạm vi điện áp quyết định đầu vào hoặc đầu ra trong một mạch số được hiểu là mức “1” – trạng thái cao hay “0” – trạng thái thấp. Có nhiều gia đình logic tồn tại trong các hệ thống số. TTL, CMOS, RTL, DTL là một vài gia đình và trong đó TTL và CMOS được sử dụng phổ biến hơn cả.
Hình ảnh ở trên cho thấy đồ thị mức logic của gia đình logic TTL với +5Vcc. Như bạn có thể quan sát trên cả đồ thị đầu ra và đầu vào, có một phạm vi điện áp cho mỗi trạng thái logic. Tham khảo mức điện áp đầu vào, bạn có thể quan sát thấy:
- Để cổng hiểu Logic 1 – Phạm vi điện áp đầu vào phải từ 2v đến 5v
- Để cổng hiểu Logic 0 – Phạm vi điện áp đầu vào phải từ 0 đến 0,8v
- Khu vực không xác định là điểm yếu, điều này có nghĩa là khi điện áp đầu vào rơi vào khoảng từ 0,8 đến 2v thì cổng sẽ không hiểu được và nó sẽ hoạt động một cách không mong muốn. Đầu ra có thể là 0 hoặc 1 và chúng ta không thể dự đoán được.
Trường hợp cuối cùng quá tồi tệ cho việc thiết kế một mạch số, vì nó có thể khiến toàn bộ mạch thất bại và thiết kế của bạn sẽ không thể hoạt động.
TRẠNG THÁI TRÔI :
Bây giờ hãy nhìn vào mạch ở trên, ở đó có một công tắc được nối với các chân đầu vào của cổng OR. Khi công tắc không được kết nối, các chân được gọi là ở trạng thái trôi , có nghĩa là không có điện áp xác định được đưa ra ở đó. Trong trường hợp này, nhiễu điện hoặc sóng điện từ từ môi trường xung quanh sẽ gây ra một số điện áp tại các chân này và do đó có nhiều khả năng rằng điện áp đầu vào sẽ rơi vào khu vực không xác định từ 0,8 đến 2v và do đó đẩy toàn bộ hệ thống của chúng ta đến thất bại. Trong trường hợp tồi tệ nhất, nhiễu và sóng điện từ sẽ tạo ra điện áp dao động làm cho toàn bộ hệ thống không ổn định.
Để tránh tình huống trên, hãy thêm một điện trở vào cả hai chân đầu vào và nối chúng với Vcc. Bằng cách làm như vậy, điện áp của các chân đầu vào sẽ bị kéo lên và điện áp sẽ gần bằng với Vcc. Điều này khiến cổng logic phát hiện điện áp đầu vào là Logic 1 và hoạt động tương ứng.
TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ ĐIỆN TRỞ:
Mỗi chân đầu vào số tiêu thụ một lượng dòng điện nhất định và có một trở kháng nội tại. Do những lý do này, sự sụt áp xảy ra trên các điện trở kéo lên. Vì vậy, khi chọn giá trị điện trở, chúng ta phải đảm bảo rằng:
- Điện trở không quá cao để nó vẫn cho đủ dòng điện cho chân đầu vào hoạt động.
- Không quá nhỏ để dòng điện dư thừa không chảy qua và dẫn đến đoản mạch.
ĐIỆN TRỞ KÉO LÊN:
Giả sử rằng chân số của cổng OR tiêu thụ 100uA tại +5Vcc. Tôi đã chọn 4v làm điện áp kéo lên để có thể chọn điện trở vì nó sẽ cung cấp một khoảng cách thoải mái từ 2v trở lên nằm trong khu vực không xác định. Bạn không thể chọn 5v vì sẽ có sụt áp qua điện trở như đã nói ở trên, vì vậy an toàn hơn là chọn điện áp thấp hơn mức Vcc. Áp dụng định luật Ohm với những giá trị này:
R = 5 – 4 / 100uA = 1 / 100uA = 10Kohms
ĐIỆN TRỞ KÉO XUỐNG:
Với dòng tiêu thụ 100uA như trên, tôi sẽ chọn điện áp kéo xuống là 0,5v vì nó cung cấp một khoảng cách từ 0,8v trở xuống mà trên đó đầu vào sẽ vượt qua khu vực không xác định. Áp dụng định luật Ohm ở đây sẽ cho ra giá trị điện trở:
R = 0,5v / 100uA
= 5Kohms
LƯU Ý:
- Kiểm tra datasheet về dòng đầu vào và trở kháng đầu vào của chip số của bạn và thực hiện tính toán ở trên để tìm ra điện trở kéo lên hoặc kéo xuống hoàn hảo cho mạch số của bạn.
- Đừng bao giờ cố gắng thử thiết lập trên mà không có điện trở, bạn sẽ đoản mạch nguồn điện vì đóng công tắc mà không có điện trở sẽ dẫn đến dòng điện dư thừa chảy qua vì không có trở kháng nào.
