Mathematik hinter Pull-up-Widerständen

Ich habe eine Frage zur Mathematik hinter Pull-up-Widerständen und wie sie funktionieren. Ich habe keine Erfahrung im Bereich Elektrotechnik, daher ist es wahrscheinlich eine grundlegende Frage.

Ich habe viele Erklärungen darüber gesehen, WAS der Pull-Up-Widerstand tut, aber selten, WIE er es tut.

Bedenken Sie, dass ich die folgende Schaltung habe, wobei:

v C C = 5 v
R 1 = 10 K Ω
R 2 = 100 M Ω

Widerstand hochziehen

Nun gibt es zwei Fälle:

  1. Die Taste ist nicht gedrückt. In diesem Fall haben wir: ICH = v C C R 1 + R 2 = 5 v 10 , 000 Ω + 100 , 000 , 000 Ω = 0,000000049 A und dann die Spannung an R 2 Ist v 2 = R 2 ⋅ ICH = 100 , 000 , 000 Ω ⋅ 0,000000049 A = 4.9 v und so sieht der Eingangsstift den Eingang als HIGH. Sind meine Berechnungen hier richtig oder ist etwas anderes in der Schaltung vor sich?
  2. Die Taste wird gedrückt. Ich weiß, dass der Eingangspin den Eingang in einem solchen Fall als LOW ansieht (ein Wert, der nahe bei 0 v ), aber ich weiß nicht, wie ich es berechnen soll.

Danke.

Was genau willst du berechnen? Wenn man bedenkt, dass der Taster beim Drücken 0 Ohm hat, sieht der Eingang genau 0 V über GND. In einer digitalen Schaltung, in der Sie nur zwischen HIGH und LOW entscheiden, müssen normalerweise keine weiteren Berechnungen durchgeführt werden.
Ich dimensioniere Widerstände, um den Strom zu liefern, den ich will. Für einen Schalter möchte ich mindestens 1 mA, also hängt die Widerstandsgröße von der Spannung ab. In Ihrem Schaltplan R1 garantiert der Pull-up-Widerstand den Zustand des Eingangspins, wenn der Schalter geöffnet ist. Ich würde einen 4,7K als Pull-Up verwenden, das gibt mir etwas mehr als 1mA. Gleiches gilt für Pulldown-Widerstände. Ihre MCU ist keine tatsächliche Schaltung, sondern eine Darstellung ihres Verhaltens. Ihre Berechnungen werden nicht genau sein. Sehen Sie sich das Datenblatt für den ungefähren Wert an, sie sind alle unterschiedlich und oft nicht aufgeführt oder garantiert.

Antworten (2)

  1. Die Taste ist nicht gedrückt. Sind meine Berechnungen hier richtig oder ist etwas anderes in der Schaltung vor sich?

Ihre Berechnungen sind korrekt. Nur wenige von uns würden sich mit den Berechnungen beschäftigen, da die Eingangsimpedanz so hoch ist. Mit diesen Widerstandswerten haben Sie viel Spielraum, da die Eingangsspannung so weit über der maximalen Schwelle von logisch 1 liegt (die in den Datenblättern verfügbar sein wird).

  1. Die Taste wird gedrückt. Ich weiß, dass der Eingangspin den Eingang in einem solchen Fall als LOW ansieht (ein Wert, der nahe bei 0 V liegt), aber ich weiß nicht, wie ich ihn berechnen soll.

Führen Sie die gleichen Berechnungen noch einmal durch, aber mit R1 als 10 kΩ und der Taste als beispielsweise 100 mΩ parallel zu R2. Sie werden schnell sehen, dass Sie den Beitrag von R2 ignorieren können und dass das Ergebnis lächerlich nahe bei 0 V und weit unter der minimalen unteren Schwelle liegt. Auch hier würden sich nur wenige von uns die Mühe machen, dies zu überprüfen, es sei denn, unser Schalter hätte einige seltsame Eigenschaften, die dazu führten, dass er einen hohen Widerstand aufwies.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Abbildung 1. Eine schnelle Simulation für einen 100-mΩ-Schalter.

Kannst du mir ein Rechenbeispiel zeigen?

Für parallele Widerstände ist das Äquivalent R = R 1 R 2 R 1 + R 2 = 0,1 × 100 M 0,1 + 100 M = 10 M 100 M = 0,1   Ω . Die 100 MΩ parallel machen keinen Unterschied. Hängen Sie nicht an der Präzision auf. Ihr 100-MΩ-Widerstand beträgt ±1 % (1 MΩ).

Ich bin mir nicht sicher, wie ich die Spannung berechnen soll, wenn Sie zwei Widerstände parallel nach einem Widerstand in Reihe haben.

Holen Sie sich das Äquivalent des parallelen Paares, wie ich es oben getan habe, und führen Sie dann die Reihenberechnung durch. v Ö u T = 0,1 100 k + 0,1 5 = 50   μ v .

Der Strom sollte sich irgendwie proportional zum Widerstandswert aufteilen?

Nun, proportional zum Kehrwert der Widerstandswerte.

Außerdem sollte die Spannung nach dem Schalter nahe bei 5 V liegen, oder?

Nicht, wenn es geschlossen ist. Es wird näher an Null liegen.

Übrigens hat der YouTube-Kanal "Elektronik-Reparaturschule" heute ein Video hochgeladen, in dem diese "seltsamen Eigenschaften" dem Netzschalter eines Laptops auf der Tastatur passiert sind - er hatte einen Widerstand von mehreren zehn Kiloohm - und am Ende einen PNP-Transistor als verwendet hat eine Lösung, anstatt die gesamte Tastatur auszutauschen.
Kannst du mir ein Rechenbeispiel zeigen? Ich bin mir nicht sicher, wie ich die Spannung berechnen soll, wenn Sie zwei Widerstände parallel nach einem Widerstand in Reihe haben. Der Strom sollte sich irgendwie proportional zum Widerstandswert aufteilen? Außerdem sollte die Spannung nach dem Schalter nahe bei 5 V liegen, oder?
@tesoji7388, siehe Update.
@Transistor: Vielen Dank! In Bezug auf die Spannung nach dem Schließen des Schalters meinte ich, dass eine Seite des Zweigs größer sein sollte als die zweite. Wie du das geschrieben hast R 2 Zweig sollte 0,00005 V betragen und der zweite Zweig (des Schalters) sollte 4,99995 V betragen, nicht wahr?
R5, R4 und VM1 haben alle die gleiche Spannung von 50 μV. Sie sind durch einen gemeinsamen Draht verbunden, also müssen sie. R1 hat den Rest, 4,99995 V darüber.
@Transistor: Verstanden! Vielen Dank!

Ihre Berechnungen sind analytisch ziemlich zutreffend (ja, sie haben Recht), aber zahlenmäßig fürchterlich abgerundet.

4,9 V Hochspannung ist viel zu niedrig. Das Abrunden von 10k/100M ist 0,1 von 1000 oder mit anderen Worten, Sie verlieren 0,1 mV/V, was bei einer 5-V-Versorgung einen Ausgang von 4,9995 V bedeutet.

In diesem Fall macht es keinen Unterschied, aber als allgemeine Spannungsteilerberechnung kann es die ganze Geschichte ändern.

Ich empfehle Ihnen daher dringend, Ihre Mathematik noch einmal durchzugehen.

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