Подтяжка резистором что это
Перейти к содержимому

Подтяжка резистором что это

Подтягивающий резистор

Подтягивающий резистор — резистор, включенный между проводником, по которому распространяется электрический сигнал, и питанием, либо между проводником и землей.

Подтягивающий резистор нужен, чтобы гарантировать на логическом входе, с которым соединен проводник, высокий (в первом случае) либо низкий (во втором случае) уровень в случаях:

  • проводник не соединен с логическим выходом
  • присоединённый логический выход находится в высокоимпедансном состоянии.
  • когда разомкнут ключевой элемент на присоединённом логическом выходе, который устроен, как открытый вывод ключевого элемента. Ключевым элементом может быть полевой или биполярный транзистор, а открытым выводом — коллектор, эммитер, сток или исток.

Подтягивающий резистор образует цепь, обеспечивающую подтяжку сигнала к питанию либо к земле. В первом случае подтяжка называется подтяжкой к питанию, во втором — подтяжкой к земле.

Цепь с подтягивающим резистором можно сравнить с делителем напряжения из двух резисторов — большого подтягивающего, и очень маленького на месте кнопки или открытого стока.

Подтягивающий к земле резистор

Любой логический вход имеет емкость относительно земли. Если сигнал формируется на открытом выводе ключевого элемента, то чем больше сопротивление подтягивающего резистора, тем больше время нарастания или спада сигнала при размыкании ключевого элемента. Если подтяжка к питанию, то надо учитывать время нарастания сигнала. Если подтяжка к земле, то — время спада сигнала. Время спада или нарастания — это время между размыканием ключа и достижением сигнала порогового напряжения.

Пороговое напряжение — это напряжение при достижении которого, логическим входом фиксируется изменение логического состояния.

Время спада или нарастания — это произведение сопротивления, емкости и коэффициента, который учитывает пороговое напряжение.

При проектировании логических схем приходится рассчитывать сопротивление подтягивающего резистора, при этом известны емкость входа и пороговое напряжение. Время спада или нарастания пропорционально сопротивлению подтягивающего резистора, то есть, например, при увеличении сопротивления вдвое время спада или нарастания увеличится вдвое.

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение).

Про Ардуино и не только

Мы бы хотели отслеживать нажатие кнопки для выполнения каких-то действий. Для этого мы подключили линию +5В через резистор и кнопку к цифровому выводу Ардуино, полагая, что при нажатии на кнопку ток потечет через нее и Ардуино считает на цифровом входе 2 сигнал высокого уровня. Соответственно, при размыкании контакта мы рассчитываем получить на входе сигнал низкого уровня. Так ли это? Проверим.
Подключим кнопку по приведенной схеме и загрузим в Ардуино следующий скетч. Результат его работы посмотрим в мониторе порта.

void setup() < Serial.begin(9600); pinMode(2, INPUT); > void loop() < Serial.println(digitalRead(2)); delay(1000); >

При нажатии на кнопку Ардуино, действительно, зафиксирует на входе сигнал высокого уровня, при этом в монитор порта будет выводиться значение «1». Но при отпускании кнопки в мониторе порта будут выводиться как «0», так и «1». Я даже больше скажу: можно исключить из схемы кнопку (все равно она разомкнута), у нас останется только провод, подключенный к порту 2 Ардуино, результат опроса порта будет таким же непредсказуемым. Особенно это хорошо заметно с длинным куском провода. Почему так происходит? Дело в том, что вход Ардуино не подключен ни к линии питания, ни к земле — он находится «ни в каком» состоянии. Такое состояние называется высокоимпедансным или Z-состоянием. Провод в данном случае выполняет роль антенны, на которую оказывают воздействие окружающие ее электромагнитные поля. В результате Ардуино непредсказуемо фиксирует то высокий, то низкий уровень сигнала на данном входе.

Чтобы логический вход не оставался в подвешенном состоянии при разомкнутом контакте кнопки и гарантировать на нем сигнал низкого уровня, его через резистор соединяют с землей. Такой резистор называют подтягивающим: он обеспечивает подтяжку сигнала к земле (как в данном случае) или же к питанию, если устанавливается между логическим входом устройства и линией питания. Соответственно при подтяжке к питанию на логическом входе будет гарантирован высокий уровень сигнала.

Иногда подтягивающим называют резистор, который подтягивает именно к питанию, также используют англоязычный термин pull-up (pull-up резистор). А для обозначения резистора, подтягивающего к земле, можно использовать термин стягивающий или pull-down резистор. Ниже приведены схемы подключения кнопки к логическому входу (не обязательно Ардуино) с использованием подтягивающего и стягивающего резисторов.

Попробуйте подключить кнопку к Ардуино используя одну из приведенных схем. В этот раз в мониторе порта не будет никаких неожиданных значений.

Как вы понимаете, подтягивающие резисторы весьма востребованы в электронике. Они нужны не только для подключения кнопок, но также при подключении выводов устройств с Z-состоянием или открытым коллектором. Поэтому многие контроллеры имеют встроенные подтягивающие резисторы, в том числе и Ардуино (а точнее используемые в них микроконтроллеры). Чтобы подтянуть порт Ардуино к питанию необходимо функцией pinMode установить для данного порта режим INPUT_PULLUP. Давайте немного изменим схему и скетч из начала этой статьи. Из схемы уберем резистор и установим кнопку между вторым портом и землей:

А в скетче изменим режим работы порта на INPUT_PULLUP, чтобы задействовать внутренний подтягивающий резистор:

void setup() < Serial.begin(9600); pinMode(2, INPUT_PULLUP); > void loop() < Serial.println(digitalRead(2)); delay(1000); >

Загрузите этот код в Ардуино и убедитесь, что схема работает как нам нужно без дополнительных (внешних) резисторов. В тот момент когда кнопка разомкнута порт Ардуино не остается подвешенным в воздухе: он подтянут к питанию внутренним резистором. Поэтому на нем гарантирован сигнал высокого уровня. А при нажатии кнопки будет считываться сигнал низкого уровня.

Не забывайте о встроенных подтягивающих резисторах Ардуино. Я довольно часто замечаю, что люди, пишущие статьи про Ардуино, не знают об их наличии и вешают для тех же кнопок внешние подтягивающие резисторы.

Что такое сильный (strong pull-up) и слабый (weak pull-up) подтягивающий резистор? Чем ниже сопротивление подтягивающего резистора, тем больший ток протекает через него и тем сильнее он подтягивает сигнал к питанию (или земле, если речь о pull-down резисторе). Отсюда и название сильный подтягивающий резистор. Соответственно, чем выше сопротивление, тем слабже резистор подтягивает сигнал, поэтому его называют слабым.

Как выбрать номинал для подтягивающего резистора? Общая рекомендация — это, как правило, 10кОм. Где-то от 5кОм и ниже считается сильной подтяжкой, 20..100кОм — слабая. Подтягивающие резисторы Ардуино имеют номинал 20..50кОм (конкретное значение подбирается и устанавливается на заводе изготовителе), т.е. являются слабыми. Поэтому в документации к различным устройствам можно увидеть рекомендации использовать более сильные подтягивающие резисторы. Особенно это актуально для устройств, работающих в неблагоприятных условиях или при значительной длине проводников, когда увеличивается вероятность возникновения электромагнитных помех.

Есть ли в Ардуино подтяжка к земле (внутренние pull-down резисторы)? — Нет. В Ардуино доступны только к подтягивающие к питанию резисторы. Поэтому если вам нужно подтянуть вывод к земле, то используйте для этого внешний резистор.

На этом всё. А дочитавшим до конца в качестве бонуса функциональная схема порта ввода/вывода микроконтроллера ATmega328P, используемого в Arduino UNO. На схеме показан подтягивающий резистор и условия для его включения:

  • бит PUD (PULLUP DISABLE) регистра MCUCR должен быть сброшен;
  • регистр DDxn (Data Direction) должен быть установлен в 0, т.е. порт сконфигурирован на ввод;
  • регистр PORTxn должен быть установлен в 1.

Схема порта ввода-вывода Ардуино. Подтягивающий резистор

Возможно, Вам будет интересно:

28 комментариев:

Друг ты опять спас меня, только из твоей статьи понял что если PULLUPом включаем подтягивающий резистор надо кидать контакт датчиков на землю. Весь русскоязычный интернет ато перешерстил. Спасибо. Ответить Удалить

Узнал про подтягивающие из курса универа в PIC16, использовать в ардуино начну сегодня 😀 Удалить

Православная статья. Ответить Удалить

Надеюсь, в том смысле, что хорошая? Удалить

Рад помочь Удалить

Получил Raspberry Pi и пользуюсь готовыми решениями с интернета, но ненмогу понять принципов работы, что очень напрягает (скорее раздражает). Ваш пост очень помог, хотя все ещё никакне могу понять две вещи:
1. Разве резистор на 10к Ом не должен снижать напряжение до нулевых значений, что при подводе к вводу должен преобразовываться в 0?
2. Почему при нажатии кнопки сигнал не разделяется и не поступает одновременно и на заземление и на ввод?
Ответить Удалить

А почему резистор должен снижать напряжение?
Посмотрите на приведенную выше схему включения подтягивающего резистора. Когда кнопка разомкнута ток течет от VCC через резистор к микроконтроллеру — цифровой вход подтянут к питанию, на нем сигнал высокого уровня.
Сопротивление порта микроконтроллера (в режиме INPUT) очень велико и при нажатии на кнопку ток пойдет по цепи с меньшим сопротивлением — через кнопку. Через цифровой вход ток уже не потечет, на нем будет сигнал низкого уровня. Удалить

Спасибо за ответ, наконец то все понял. Странно что все это хорошо знал когда был школьником, а сейчас ума не приложу как все это работает. Хорошо что вы продолжаете поддерживать пост и читателей (особенно таких как я). Ответить Удалить

Великая статья. А главное понятно мне начинающему. Ответить Удалить
Привет Владимир !
Очень хорошая статья , спасибо . Ответить Удалить

Добрый день.
С удовольствием читаю ваши статьи.
Вопрос. Как влияют на энергопотребление подключение кнопки через стягивающий и подтягивающий резисторы? Ответить Удалить

Добрый день!
Вообще увеличивают, ведь через них протекает ток. Тем больший, чем меньше сопротивление резистора. Но по этому поводу не стоит заморачиваться, если вы работаете с Ардуино: на ее фоне подтяжка не влияет на потребление. А вот когда вы пересядете с Ардуино на отдельные микроконтроллеры и начнете считать микроамперы, вот тогда можно обратить на этот вопрос внимание.

Nick Gammon на странице http://www.gammon.com.au/power привел результаты своих измерений тока, потребляемого ATmega328P в режиме SLEEP_MODE_PWR_DOWN (BOD и ADC отключены) для различных состояний выводов:

Все пины в режиме OUTPUT, LOW: 0.35 мкА.
Все пины в режиме OUTPUT, HIGH: 1.86 мкА.
Все пины в режиме INPUT, LOW (внутренние подтягивающие резисторы не задействованы): 0.35 мкА.
Все пины в режиме INPUT, HIGH (задействованы внутренние подтягивающие резисторы): 1.25 мкА.

Разница в последних двух результатах — это и есть потери на подтяжку всех выводов. Удалить

Добрый день, Владимир большое спасибо за обзоры и пояснения, уже несколько дней усиленно штудирую интернет, из всего, что довелось перечитать и пересмотреть — Ваши материал пожалуй самое внятное.

Я сейчас в одном большом ступоре, если не сложно помогите, пожалуйста, определиться, какой контроллер (или систему) лучше взять за основу. Я биолог, но так получилось, что уже давно помимо прочего, отвечаю за сбор, хранение и обработку данных. Признаюсь сразу — программирование как таковое вызывает паралич мозга, но есть такое слово НАДО, поэтому уже 14 и 2 года соответственно у меня успешно работают две базы собранные на VB в Exel, из записей встроенного ридера, уроков «Планеты EXEL» и всякого разного не всегда цензурного….

В общем, сперва почитал восторги на счет Ардуино, посмотрел FLProg (с души вроде не воротит, как XOD ID), в процессе Arduino IDE мелькает — тоже вроде бы явного отторжения не вызывает. Не нравиться два момента — цена кусается, и кушать все таки любит она, а с моим зрение боюсь даже светодиод отпаять будет проблематично. Второй взгляд был на STM32L0 — тут вроде бы и энергопотребление вкусное и часы реального времени тебе встроенные и. зашел еще на один ресурс БЛИН, уши в трубочку свернулись. и мозги-то народу ардуиной зс$р@ны и все эти ваши таблЭтки и примочки хуже чем инвалиды на всю жизнь бейсиком искалеченные и ниже -10 уже не работает и вообще… ИДИТЕ ВЫ. Не мешайте народу НОРМАЛЬНЫЕ языки программирования изучать, ПУСТЬ УЧАТ, а не это ваше всякое-разное!

В общем аппаратная часть STM32 если честно нравиться, но как ее программировать и с какого боку прошивать, пока даже образно, если честно плохо понимаю, в то время как по Ардуино и в скетчах уже покопался и библиотеки посмотрел, логического шока вроде нет (пока). Вот и думаю имеет смысл углубляться в Ардуино среду или все же на какие-то другие контроллеры посмотреть? Например MSP430 еще рассматривал, но это я так понимаю еще одна среда и уже другая, значит и скетчи для датчиков не факт, что будут и библиотеки тоже, то есть все руками через регистры, что это такое я вроде бы (хотя не факт), а вот как руками делать пока увы не представляю.

Сама задача из-за чего весь сыр-бор выглядит так, есть необходимость сделать простую, но гибкую метеосистему. Гибкую в том плане, что вот надо сейчас сделать регистратор температуры и влажности воздуха, что бы просыпался, допустим каждые 10 минут, снимал данные, писал на SD и засыпал, но при этом с автономным сроком работы хотя бы полгода и МАЛЕНЬКИЙ (грибники тырят блин) и все это в количестве штук 5-10 за не сильно астрономическую сумму (к слову посмотрел цены очень хороших датчиков SHT35 и приятно офигел, с модулями не сравнить). А завтра надо тоже самое, но плюс замер света и каждый час продувание камеры вентилятором (для учета транспирации), то есть уже не такое автономное (пара недель), не такое маленькое (может с батарейкой солнечной или даже с выводом данных по wi-fi/sim/радиоканалу), но что бы не с нуля и в той же системе?

Про энергосбережение читал кстати очень внимательно, про прерывания тоже. Главная головная боль на данный момент, ОЧЕНЬ много информации о том, что из глубокого сна хорошо выходить по внешнему прерыванию, например с часов реального времени (выбрал DS3231), нашел даже связку блоков сон/пробуждение для FLProg, библиотеки вроде бы тоже есть. НО. нигде не найду, хоть сколько ни будь, внятного объяснения куда в этом случае прописывать или ставить в визуальную среду этот самый внутренний будильник часов реального времени, как программировать его, способна ли сама программа после пробуждения его перепрограммировать на новое время и как запрограммировать ногу SQW на модуле, что бы она выдавала этот самый вожделенный сигнал на пробуждение платы.

Буду очень признателен, если хотя бы по общему направлению сориентируете — куда смотреть и что искать.
Ответить Удалить

Добрый день!
С STM я не работал, поэтому сравнить с AVR не могу. Может оно было бы и лучше. Но Ардуино однозначно популярнее, для нее куча библиотек, примеров — на ней будет проще сделать. И если использовать не саму Ардуину, а отдельно микроконтроллер, то потребление будет реально низким. Проработать автономно год, периодически просыпаясь для опроса датчиков — запросто.

Что касается flprog, то, мне кажется, для серьезных проектов он не очень. Лучше использовать нормальную IDE, в которой сам всё контролируешь.

Так что мне видится следующее решение: AVR (ATmega328P) + DS3231 + датчики + на что писать показания (flash). Часы программируются на генерацию сигнала с нужным интервалом (10 минут), они будут выдавать его на SQW. Микроконтроллер при включении переводим в режим PowerDown, разрешив пробуждение по внешнему прерыванию — от DS3231. Проснувшись, запитываем датчики и память, читаем показания, пишем их в память, отключаем всех и снова спать до следующего сигнала будильника.

Цена ATmega328P на Али меньше 100р. Потребление, как уже сказал, низкое: спать — хоть несколько лет; с учетом просыпаний — нужно иметь представление об общем потреблении системы, но батареи 1Ач на год-то должно хватить. Температурный диапазон -40..105C. Вполне нормальный МК для данной задачи. Удалить

На ютубе есть несколько понятных видео по запросу «Метеостанция на Ардуино», можете сначала на ардуино повторить, понять логику работы, потом перекатываться на другие аппаратные платформы. Удалить

Подтягивающий ( стягивающий) резистор — что это, и зачем он нужен

Для понимания сути раскрываемой темы проведем небольшой эксперимент — соберем небольшую схему с кнопкой и напишем скетч, который в Serial будет выдавать значение состояния кнопки:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
int buttonPin = 8; void setup () < pinMode (buttonPin, INPUT ); Serial.begin(9600); // Настраиваем Serial для вывода информации >void loop () < Serial.println( digitalRead (buttonPin)); // Выводим состояние кнопки delay (1000); // Ждем одну секунду >

Запустив скетч и не нажимая кнопку, убеждаемся в том, что состояние пина 8 меняется даже от обычного прикосновения к проводу — совершенно непредсказуемым образом.

Стабильность появляется только при нажатии кнопки.

Так происходит потому, что когда кнопка находится в отжатом состоянии, схема приобретает вид:

Получается, что 8 пин находится в неопределенном « подвешенном» состоянии и при считывании его значения нельзя определенно сказать, в каком он состоянии — HIGH или LOW . Такое состояние ещё называется высокоомным состоянием или состоянием Z. А провод, соединяющий пин платы с кнопкой, выполняет роль антенны для различных электромагнитных наводок. Именно эти наводки и заставляют контакт вести себя непредсказуемым образом. Для того чтобы устранить эту ситуацию, необходимо сделать так, чтобы в любом состоянии кнопки на 8 пине было однозначное значение. Для этого скорректируем схему следующим образом — подключим пин 8 к земле через резистор номиналом 10 КОм:

Теперь, когда кнопка отжата, можно со 100%-уверенностью говорить о том, что состояние на пине 8 — LOW , так как он подключен к земле. Но если нажать на кнопку, то ток пойдет по пути наименьшего сопротивления и значение на пине 8 станет HIGH . Вот этот добавленный в схему резистор и называется стягивающим, потому что в неопределенном состоянии « стягивает» потенциал к земле, делая его определенным — LOW .

Номинал резистора рассчитывается исходя из максимально протекающего тока. Максимальный ток, который способен выдать цифровой пин Arduino — 40 мА ( 0,04 А). При напряжении 5В, по закону Ома, находим сопротивление участка цепи:

Таким образом минимально допустимый для использования номинал резистора — 125 Ом.

В то же время, чтобы стягивающий/подтягивающий резистор, не оказывал влияния на остальные участки цепи при замыкании ( эффект делителя напряжения), рекомендуется выбирать намного больший номинал 1-10 кОм.

Если поменять местами резистор и кнопку получится схема с подтягивающим резистором.

Резисторы подтяжки

Понимаю , что может вопрос некорректный, но все же. Что означает сам термин резисторы подтяжки (подтяжка).Есть полевой транзистор с управляющим p-n переходом и р каналом. К затвору и стоку подключены два резистора и объединены параллельно. Мне сказали , что это подтяжка. Для чего это , как работает?

Резисторы подтяжки (это по Вашей терминологии, а чаще употребляется термин «подтягивающие резисторы») нужны для того, чтобы, когда затвор болтается в воздухе, его потенциал автоматически становился равным потенциалу источника питания (или общего провода, в зависимости от того, куда подключена противоположная затвору нога резистора).
Причём, номинал резистора выбирается достаточно большим, чтобы не мешал полезному сигналу, когда он присутствует, управлять транзистором.
Подтягивающие резисторы не следует путать с резисторами смещения. Резистор смещения используется при усилении переменного тока, и делает постоянную составляющую на затворе/базе транзистора равной половине напряжения питания, таким образом, выводя его на линейный режим. Эта постоянная составляющая при наличии резистора смещения присутствует на входе каскада всегда, независимо от наличия полезного сигнала. Подтягивающий же резистор переводит транзистор либо «полностью вверх», либо «полностью вниз», что употребляется при обработке дискретных сигналов. К тому же, полезный сигнал имеет приоритет перед потенциалом с подтягивающего резистора: есть полезный сигнал — транзистор усиливает его, нет полезного сигнала — усиливает сигнал с подтягивающего резистора.

Небольшое уточнение — Num Lock, говоря о половине напряжения питания, видимо имел в виду напряжение на коллекторе (стоке). Если на базе транзистора при заземленном эмиттере окажется половина напряжения питания, никуда, кроме помойки, этот транзистор больше годен не будет

chav1961: Если на базе транзистора при заземленном эмиттере окажется половина напряжения питания, никуда, кроме помойки, этот транзистор больше годен не будет
Ну почему же , если питание один пальчиковый аккумулятор, например, то все будет правильно

Да, естественно на коллекторе. Перепутал, извините. И опытные ошибаются иногда.

Ну вы намудрили Можно я по-простому объясню?
Подтяжка — это резистор с ноги м/сх. на питание (или на землю, но это реже), чтобы, когда нога работает на вход, и к ней ничего не подключено, с неё читалось что-то определённое.
Вот

AHTOXA: Подтяжка — это резистор с ноги м/сх. на питание (или на землю, но это реже).
Подтяжка — это лентообразная подрезиненная верёвка хитрой конструкции для того, что бы штаны не спадали (говорят, для муЖчин гораздо полезнее, чем ремень)
А если по теме, то Num Lock правильно объяснил — «подтягивающие резисторы» нужны для того, чтобы «подтянуть» потенциал входа (база, затвор, вход МС) к потенциалу Uпит или земли в отсутствии полезного сигнала; а иногда бывает нужно «подтянуть» и выход (не зря Num Lock ошибся ) — например, в случае МС с открытым коллектором .

Мелкий: Подтяжка — это лентообразная подрезиненная верёвка хитрой конструкции для того, что бы штаны не спадали

Мелкий: говорят, для муЖчин гораздо полезнее, чем ремень

Можно поспорить Живот вываливается

А по теме — я не претендовал на точное объяснение, я пытался наоборот, попонятнее. Пусть будет и то и это?

Выход микросхемы с открытым коллектором подтягивать к питанию надо только в одном случае: если открытый коллектор используется не по назначению, т.е. работает не на нагрузку, висящую другим концом на плюсе, а на вход следующего элемента. При этом, нельзя чётко сказать, к чему относится такой подтягивающий резистор — к выходу предыдущего элемента или к входу следующего. Если предыдущий и следующий элементы размещены в двух разных девайсах, соединённых кабелем, бывает, что резисторы ставят и там, и там, вдруг в каком-то из двух девайсов его не окажется, тогда окажется в другом.
Интересно, что элементы ТТЛ при входе, висящем в воздухе, воспринимают это как единицу, но лучше всё равно дополнительно вверх подтянуть, тогда к помехам менее чувствителен будет. А КМОП-элемент при висящем в воздухе входе будет находиться в случайном состоянии, зависящем от статического заряда на затворе. Поэтому, чтобы определённость возникла, надо или вверх, или вниз подтянуть.

AHTOXA: для муЖчин гораздо полезнее, чем ремень
Каждому — своё. Ремень — простым мужчинам, подтяжки — крутым бизнесс-менам.

А вообще, «подтягивающий резистор» — это определенная деталь. Представляет собой несколько резисторов в одном корпусе. Как на фоте. Только на фоте номинал чой-то маловатый.

Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *