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[弱电] 什么是上拉电阻和什么是下拉电阻?它们在电子电路中的作用

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发表于 2020-12-10 12:02:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
上拉电阻和下拉电阻一般在数字电路中最为常见,在模拟电子电路中有时也会见到,很多初学电子的朋友看到它们很困惑,下面我与朋友们分享一下什么是上拉电阻和什么是下拉电阻,并聊聊它们在电子电路中的作用。
上拉电阻下面我先说说最为常见的上拉电阻,我们所说的上拉电阻其实就是将不确定的信号通过一个电阻拉到高电平,有时这个电阻也能起到一个限流作用。比如我们常见的单片电路中,我记的在以51为内核的单片机中有一组P0口,在使用这组P0口时它的外面就需要加一排10K的电阻,我们就称为这些电阻叫上拉电阻。为什么要给P0口的外部加上拉电阻呢?下面给朋友们解释一下。由于在单片机P0口的内部场效应管漏极D是没有负载电阻的,就像在数字电路中的集电极开路门一样(OC门),当想让单片机P0口输出高电平时,就需要场效应管T2截止,这时需要外部的上拉电阻才能完成高电平的转换。要是P0口外部不加这个电阻的话,那么P0口的电平就会出现一个不确定的状态了。其原理图如下图所示。

另外在我们单片机的键盘电路中也常常会见到上拉电阻的身影,我们以下图中的四个独立按键为例子来说明,我们把这四个按键分别接到单片机的I/O口上,假如当我们按下 K1 键时,那么+5V 就通过电阻 R1 然后再通过按键 K1 最终进入 GND 形成一条通路,这样这条线路的全部电压都加到 R1 这个电阻上了,此时KeyIn1 这个引脚就是一个确定的低电平;当按键K1松开后,那么 KeyIn1和+5V 就应该是等电位,这样I/0口就是一个确定的高电平了。

还有我们在数字电路中还会碰到一个集电极开路门电路,为了使电路输出一个确定的高低电平信号,一般会在这个逻辑门电路输出端加一个上拉电阻。当A、B、C三个输入端中只要有一个是低电平时,那么三极管T1会导通,三极管T2和T3就会截止。那么通过上拉电阻RL就会使输出端输出高电平。

下拉电阻对于下拉电阻就是把输出电平下拉到一个确定的低电平,一般这个电阻的一端要接到地GND这个位置。在单片机电路中也会常常见到,比如单片机电路中的复位电路中就有一个10K的下拉电阻。比如下图中,单片机在正常时,它的复位脚是低电平,我们加一个10K的电阻就是为了使RST引脚有一个确定的低电平信号的。

上拉电阻和下拉电阻作用及其阻值的讨论我们知道不管是上拉电阻还是下拉电阻都是为了使电路的输出端口输出一个确定的电平信号,上拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻拉到高电平,同时这个上拉电阻还有一定的限流作用呢;下拉电阻就是下拉到低电平。一般是上拉电阻一端接供电电源,下拉电阻一端接地GND。比如在我们前面讲的集电极开路OC 门如果要输出高电平,就必须外部加上拉电阻才能正常使用;另外在单片机电路中,为了提高 I/O 口的驱动能力在单片机I/O口外部加个上拉电阻,可以形成和内部上拉电阻的并联结构,课题增强高电平时电流的输出能力。还有就是在电路中电平转换电路过程中,上拉电阻还可以起到限流电阻的作用。比如下图的电路中当 I/O 口输出 5V 时,三极管9013会导通,就会输出低电平 0V;当 I/O 口输出低电平时,三极管9013会截止,三极管9013的集电极上由于上拉电阻 R2 的作用就会输出 12V 的高电平,因此这个上拉电阻R2还有一定的限流作用的。

最后就是在一些数字芯片中中没有使用的引脚,比如单片机总线引脚,这些引脚如果悬空不接的话容易受到电磁干扰就会处于紊乱状态,虽然不会对电路造成什么影响,但通常会增加芯片的功耗,如果我们此时加上一个对 电源VCC 的上拉电阻或者一个对 地GND 的下拉电阻后,可以有效的增强抗电磁的干扰能力。

另外,我们对这个常用的上拉电阻在它的阻值上还要有一定的要求,如果在集电极开路OC门电路中,上拉电阻的大小会影响OC门的开关速度,如果上拉电阻选择过大,它的开关速度就会变慢,我们在实际电路中常用的上下拉电阻值大多选取在 1千欧姆 到 10千欧姆范围就可以了,具体需要多大通常要根据实际需求来选了。

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