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上拉电阻、下拉电阻及拉电流、灌电流及扇出系数 详解
 
文章编号:
100808093457
文章分类: 电路 其它
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关 键 词: 上拉电阻,下拉电阻,拉电流,扇出系数
文章来源:
互联网
摘 要:


上拉电阻:将某输出电位点采用电阻与电源VDD相连的电阻。因为输出端可以看作是具有内阻的电压源,由于上拉电阻与VDD连接,利用该电阻的分压原理(一般上拉电阻比输出端内阻大得多,至于该阻值的大小见上拉电阻的选取原则),从而将输出端电位拉高。
 

  1. 如果电平用OC(集电极开路,TTL)或OD(漏极开路,COMS)输出,那么不用上拉电阻是不能工作的, 这个很容易理解,管子没有电源就不能输出高电平了。
  2. 如果输出电流比较大,输出的电平就会降低(电路中已经有了一个上拉电阻,但是电阻太大,压降太高),就可以用上拉电阻提供电流分量, 把电平“拉高”。(就是并一个电阻在IC内部的上拉电阻上, 让它的压降小一点)。当然管子按需要该工作在线性范围的上拉电阻不能太小。当然也会用这个方式来实现门电路电平的匹配。
     

        需要注意的是,上拉电阻太大会引起输出电平的延迟。(RC延时)
        一般CMOS门电路输出不能给它悬空,都是接上拉电阻设定成高电平。

下拉电阻:和上拉电阻的原理差不多,只是拉到GND去而已,那样电平就会被拉低。 下拉电阻一般用于设定低电平或者是阻抗匹配(抗回波干扰)。
上拉电阻的工作原理电路图
 
    如上图所示,上部的一个Bias Resaitor 电阻因为是接地,因而叫做下拉电阻,意思是将电路节点A的电平向低方向(地)拉;同样,图中下部的一个Bias Resaitor 电阻因为接电源(正),因而叫做上拉电阻,意思是将电路节点A的电平向高方向(电源正)拉。当然,许多电路中上拉电阻和下拉电阻中间的那个12k电阻是没有的或者是看不到的。 上图是RS-485/RS-422总线上的,可以一下子认识上拉电阻和下拉电阻的意思。但许多电路只有一个上拉电阻或下拉电阻,而且实际中,还是上拉电阻的为多。

在数字电路中不用的输入脚都要接固定电平,通过1k电阻接高电平或接地。

1、定义
    上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平!电阻同时起限流作用!下拉同理!
    上拉是对器件注入电流,下拉是输出电流
     弱强只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分
     对于非集电极(或漏极)开路输出型电路(如普通门电路)提升电流和电压的能力是有限的,上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。

2、为什么要使用拉电阻
      一般作单键触发使用时,如果IC本身没有内接电阻,为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态,必须在IC外部另接一电阻。
      数字电路有三种状态:高电平、低电平、和高阻状态,有些应用场合不希望出现高阻状态,可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态,具体视设计要求而定!
      一般说的是I/O端口,有的可以设置,有的不可以设置,有的是内置,有的是需要外接,I/O端口的输出类似于一个三极管的C,当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候,该电阻成为上C拉电阻,也就是说,如果该端口正常时为高电平,C通过一个电阻和地连接在一起的时候,该电阻称为下拉电阻,使该端口平时为低电平,作用吗:
      比如:当一个接有上拉电阻的端口设为输如状态时,他的常态就为高电平,用于检测低电平的输入。
      上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流,下拉电阻是用来吸收电流的,也就是灌电流。
拉电流与灌电流
1、概念
      拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力(注意:拉、灌都是对输出端而言的,所以是驱动能力)的参数,这种说法一般用在数字电路中。
      这里首先要说明,芯片手册中的拉、灌电流是一个参数值,是芯片在实际电路中允许输出端拉、灌电流的上限值(允许最大值)。而下面要讲的这个概念是电路中的实际值。
      由于数字电路的输出只有高、低(0,1)两种电平值,高电平输出时,一般是输出端对负载提供电流,其提供电流的数值叫“拉电流”;低电平输出时,一般是输出端要吸收负载的电流,其吸收电流的数值叫“灌(入)电流”。
      对于输入电流的器件而言:
 

  • 灌入电流和吸收电流都是输入的,
  • 灌入电流是被动的,
  • 吸收电流是主动的。

如果外部电流通过芯片引脚向芯片内‘流入’称为灌电流(被灌入);
反之如果内部电流通过芯片引脚从芯片内‘流出’称为拉电流(被拉出)
2、为什么能够衡量输出驱动能力
      当逻辑门输出端是低电平时,灌入逻辑门的电流称为灌电流,灌电流越大,输出端的低电平就越高。由三极管输出特性曲线也可以看出,灌电流越大,饱和压降越大,低电平越大。
然而,逻辑门的低电平是有一定限制的,它有一个最大值UOLMAX。在逻辑门工作时,不允许超过这个数值,TTL逻辑门的规范规定UOLMAX ≤0.4~0.5V。所以,灌电流有一个上限。

       当逻辑门输出端是高电平时,逻辑门输出端的电流是从逻辑门中流出,这个电流称为拉电流。拉电流越大,输出端的高电平就越低。这是因为输出级三极管是有内阻的,内阻上的电压降会使输出电压下降。拉电流越大,输出端的高电平越低。
然而,逻辑门的高电平是有一定限制的,它有一个最小值UOHMIN。在逻辑门工作时,不允许超过这个数值,TTL逻辑门的规范规定UOHMIN ≥2.4V。所以,拉电流也有一个上限。
      可见,输出端的拉电流和灌电流都有一个上限,否则高电平输出时,拉电流会使输出电平低于UOHMIN;低电平输出时,灌电流会使输出电平高于UOLMAX。所以,拉电流与灌电流反映了输出驱动能力。(芯片的拉、灌电流参数值越大,意味着该芯片可以接更多的负载,因为,例如灌电流是负载给的,负载越多,被灌入的电流越大)

       由于高电平输入电流很小,在微安级,一般可以不必考虑,低电平电流较大,在毫安级。所以,往往低电平的灌电流不超标就不会有问题。用扇出系数来说明逻辑门来驱动同类门的能力,扇出系数No是低电平最大输出电流和低电平最大输入电流的比值。
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       在集成电路中, 吸电流、拉电流输出和灌电流输出是一个很重要的概念。
 

  • 拉即泄,主动输出电流,是从输出口输出电流。
  • 灌即充,被动输入电流,是从输出端口流入
  • 吸则是主动吸入电流,是从输入端口流入

       吸电流和灌电流就是从芯片外电路通过引脚流入芯片内的电流,区别在于吸收电流是主动的,从芯片输入端流入的叫吸收电流。灌入电流是被动的,从输出端流入的叫灌入电流。
      拉电流是数字电路输出高电平给负载提供的输出电流,灌电流时输出低电平是外部给数字电路的输入电流,它们实际就是输入、输出电流能力。
      吸收电流是对输入端(输入端吸入)而言的;而拉电流(输出端流出)和灌电流(输出端被灌入)是相对输出端而言的
 

 
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