上拉电阻的工作原理和选择值

上拉电阻非常常见，您会一直在数字电路中看到它。它只是一个从输入端连接到电路的正电源V DD的电阻。

例如，在Arduino的数字输入上。或输入数字芯片，例如4000系列IC。

上拉电阻器用于确保在未按下按钮时输入引脚上处于高电平状态。没有一个，您的输入将是浮动的，并且您可能冒着在空气中拾取噪声的危险，使输入在HIGH和LOW之间随机变化。

如何选择上拉电阻值

规则1：值不能太高。

上拉值越高，输入上的电压就越低。重要的是，电压必须足够高，以使芯片将其视为高电平或逻辑1输入。

例如，如果使用电源为10V的CD4017，则其输入至少需要7V的电压才能视为高电平。

规则2：但也不能太小。

例如，如果您选择100Ω，则问题在于，按下按钮时会流过大量电流。

使用9V电源，在100Ω上可获得9V，即90 mA。这是不必要的功率浪费，但是这也意味着电阻器需要承受0.81W的功率。大多数电阻只能承受0.25W的功率。

经验法则

选择上拉电阻时的经验法则是选择一个至少比该引脚的输入阻抗（或内部电阻）小10倍的电阻值。

通常，上拉值为10kΩ即可解决问题。但是，如果您想了解它的工作原理，请继续阅读。

上拉电阻如何工作？

您可以认为集成电路（IC）的输入引脚具有接地电阻。这称为输入阻抗：

这两个电阻组成一个分压器。如果查看标准的分压器电路，可以看到上拉电阻为R1，输入阻抗为R2：

您可以使用分压器公式来查找未按下按钮时输入引脚上的电压：

在下面，我将公式的组件重命名以适合上拉示例。根据我们的上拉示例，输入电压为V DD。输出电压是输入引脚上的电压。因此公式变为：

计算示例

假设您的芯片的输入阻抗为1MΩ（对于许多芯片，100kΩ至1MΩ是正常的）。如果您的电源是9V，并且您选择的上拉电阻值为10kΩ，那么您在输入引脚上得到的电压是多少？

您在输入引脚上获得8.9V电压，足以用作HIGH输入。

一般而言，如果您遵循使用不小于输入阻抗十倍的上拉电阻的经验法则，则应确保始终在其上始终保持至少90％的VDD电压。输入引脚。

如何找到IC的输入阻抗

您可以轻松地测量芯片的输入阻抗。阻抗实际上是可以根据频率而变化的电阻的术语。但是对于这种上拉情况，我们仅处理直流电流。

将一个例如10kΩ的上拉电阻连接到芯片的输入，并测量输入上的电压。

假设您测量时得到8.5V。

使用此定律可以通过欧姆定律找到流经电阻的电流。电阻两端的压降为9V – 8.5V = 0.5V，因此您得到：

有0.05 mA电流流经电阻，因此也流经输入引脚，直至接地。同样，使用欧姆定律找到电压降为8.5 V，电流为0.05 mA的物体的电阻：

输入阻抗为170kΩ。这意味着该输入的上拉电阻应不大于17kΩ。