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电阻的应用

电阻是基本组件在几乎所有的电气或电子电路中。电阻控制流经它们的电流。它们控制连接到它们的各个部件的电压。如果没有电阻,单个组件无法处理电压,可能导致过载。

上拉电阻

在电子电路中,逻辑系统的输入在所有条件下保持或稳定在一个定义良好的固定逻辑值是至关重要的。逻辑电路有三种可能的状态,即高、低和高阻抗。高阻抗状态发生时,一个引脚是浮动的,即没有连接到高或低。因此,它也被称为浮动状态。

考虑下面的电路。

这里,逆变器门U1有两个引脚——输入引脚和输出引脚。

当开关S1闭合时,输入引脚连接到一个确定的电势,即在这种情况下连接到地。因此输入的状态是低的,状态是稳定的。

当开关S1打开时,U1的输入引脚处于浮动状态,即不连接任何东西。在这种情况下,U1的输入状态是未知的。这是一个非常弱的状态。电路中的电子噪声会引起各种各样的问题。由于这些电噪声,栅极的输入变高或变低。

因此,当开关打开时,需要连接输入引脚和电势。当开关关闭时,应该拆除这个连接。通过采用这种技术,我们可以使U1的输入引脚在开关打开或关闭时保持稳定状态。

在上述电路中,当开关打开时,输入端连接到VCC。这种连接确保输入连接到一个有效的电势- vcc。因此,当开关打开时,输入处于HIGH状态。

但是当开关闭合时,电路有一个问题。当开关闭合时,VCC与地直接连接。这种直接连接会使电路短路。在这种情况下,最意想不到的是整个系统将停止工作。最坏的情况是它会烧毁电线和连接到它们的组件。

其原因是VCC与地的直接连接将允许大电流从VCC流到地。这种连接产生巨大的热量,可能烧毁电线和部件,甚至可能引发火灾。

因此,有必要限制电路中流过的电流量。

在这种情况下使用电阻来避免这个问题。这个电阻的作用是当开关S1闭合时,限制电路中流过的电流。这个电阻被命名为上拉电阻,因为它最初将输入拉到逻辑高。

当开关S1打开时,输入引脚通过电阻连接到VCC。这将使输入引脚的状态为逻辑高。

当开关闭合时,栅极的输入引脚接地。这将使输入引脚的状态为逻辑低。

电阻器的一端接地。现在,当开关闭合时,电流将通过电阻从VCC流到地。这个连接不被认为是短的,因为电阻器将减少电流量到一个非常小的值,从VCC流到地面。

用欧姆定律可以计算出开关闭合时VCC到地的电流。

如果供电电压为VCC = 5V,电阻的电阻为10k Ω,则I = VCC / R

I = 5 / (10 * 103)

I = 0.0005安培或I = 0.5 * 10-3安培

上拉电阻用于逻辑电路中,以确保在没有输入信号的情况下引脚被拉到逻辑高电平。微控制器用于嵌入式系统,是一种实时系统。正因为如此,微控制器对其输入的最小变化都很敏感。因此,有必要确保微控制器的输入不会处于浮动状态。

例如,考虑微控制器中的以下逻辑。

这里电阻R1充当上拉电阻。当没有按下或打开开关时,单片机的输入引脚将处于逻辑高电平。当开关闭合时,输入引脚被拉到逻辑小电流从VCC流到地面。

如果上拉电阻不存在,则电源和地之间有一个直接连接,被认为是短路。

选择一个正确的上拉电阻是一项重要的工作。当拉升电阻值较低时,称为强拉升。这是因为更多的电流流过输入引脚。

相反,当拉升电阻值较高时,这种情况称为弱拉升。这是因为流过输入引脚的电流更少。

在选择上拉电阻时,需要满足两个条件。

1.当开关闭合时,输入端接地,并拉至逻辑低电平。电阻R1的值将决定从VCC到地的电流量。

2.当开关打开时,微控制器的输入引脚被拉到逻辑高。电阻R1的值将决定输入引脚上的电压。

一般情况下,电阻的拉力电阻应小于单片机输入引脚电阻的十倍

微控制器输入引脚的电阻可以在100k Ω到1m Ω之间的任何地方。上拉电阻R1的值一般选择在10k Ω ~ 100k Ω的范围内。

但当选择较大的上拉电阻时,输入引脚对电压变化的响应较慢。这是因为馈送到输入引脚的输入信号将来自一个由电容和上拉电阻耦合的系统。这种组合形成RC滤波器。这个RC过滤器需要时间来充电和放电。这个时间可以用公式来计算

τ (Tau) = R * C

如果需要高数据速率,那么上拉电阻的值应该相当小,一般是1 K Ω到4.7 K Ω的顺序。

上拉电阻实用值为10 K Ω和4.7 K Ω。

下拉电阻

下拉电阻的应用与上拉电阻类似,不同的是它一开始将输入引脚拉到逻辑低电平。

当上述电路中的开关S1闭合时,闸极U1的输入引脚处于逻辑高状态。当开关打开时,电阻R1将输入引脚电压拉到地。

例如,考虑下面的微控制器电路。

当开关被推或关闭时,单片机的输入引脚处于逻辑高值。如果开关打开,则下拉电阻将微控制器的输入引脚拉到逻辑低电平。

限流电阻

电流限制是为流过元件或电路的电流设定上限的过程。限制电流的目的是为了避免短路等影响。电阻可用作限流装置。

最好的例子就是给发光二极管(LED)充电。LED是一种半导体器件,当小电流流过它时会发光。LED中的电流是单向的,就像普通的PN结二极管一样。LED的内阻很低。当它直接连接到电源,它会烧毁。

因此,为了给LED供电,电压源和电阻串联到LED上。这些电阻器叫做镇流器电阻器。LED对电流非常敏感。点亮一个LED,几毫安的电流就足够了。所有的LED都有其当前的评级。因此,我们可以选择一个适当的电阻,限制电流通过发光二极管,并防止它燃烧。

如果LED的额定电流为0.15安培,那么5v电源的电阻器的值是这样计算的(假设LED的额定电压可以忽略不计)。

R = v / I领导= 5 / 0.15 = 333 Ω。

在某些情况下,LED的额定电压和额定电流都有规定。在这种情况下,可以用下面的公式计算出合适的电阻

R = (v - vled) / iled

其中V为电源电压,VLED为LED额定电压,ILED为LED额定电流

晶体管的偏置电阻

电阻器与晶体管和集成电路一起广泛应用于电子电路中。晶体管(双极结晶体管)工作时需要在基极上施加一个较小的偏置电压≈0.7 V。当这个偏置电压加在基极上时,基极上的小电流会导致大电流从集电极流到发射极,这就是晶体管的功能。

晶体管的基极易受大电流的影响。因此在偏置电路中使用电阻来限制流入晶体管基极的电流。

一个回应

  1. 电流总是走低电阻的路。

    在下拉概念中,电流只会选择流过下拉电阻。因为下拉电阻比微控制器的引脚电阻要小。

    因此微控制器在开关开和开关闭两种状态下都会处于相同的状态。

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