电阻的应用

电阻是几乎所有电气或电子电路的基本元件。电阻器控制通过它们的电流。它们控制与它们相连的单个元件的电压。没有电阻器,单个元件无法处理电压,可能导致过载。

上拉电阻

在电子电路中,逻辑系统的输入在任何情况下都必须保持或确定为一个定义明确的固定逻辑值。逻辑电路有三种可能的状态,即高、低、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,逆变器的门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,即在这种情况下对地。因此输入的状态是低的,状态是稳定的。

当开关S1打开时,U1的输入管脚处于浮动状态,即没有连接任何东西。在这种情况下,U1的输入状态是待定的。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,栅极的输入变得高或低。

因此,当开关打开时,需要将输入管脚与电势连接起来。当开关关闭时,应将此连接拆除。通过这种方法,我们可以在开关开或关时保持U1的输入管脚处于稳定状态。

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

但是当开关闭合时,电路出现了问题。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,最不期望的是整个系统将停止工作。最坏的情况是它将烧毁电线和连接它们的组件。

这样做的原因是VCC和地的直接连接将允许一个大电流从VCC流到地。这种连接产生巨大的热量,可能烧毁电线和部件,甚至可能起火。

因此,限制在电路中流动的电流是至关重要的。

在这种情况下,使用一个电阻来避免这个问题。当开关S1闭合时,这个电阻的作用是限制流过电路的电流。这个电阻被称为拉上电阻,因为它最初将输入拉到逻辑高。

当开关S1断开时,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,栅极的输入管脚接地。这将使输入引脚的状态为逻辑低。

电阻器的一端接地。当开关闭合时,电流将从VCC流过电阻到地。这个连接不被认为是短的,因为电阻器将减少从VCC流到地的电流量到一个非常小的值。

当开关闭合时,从VCC流到地的电流量可以用欧姆定律来计算。

如果电源电压为VCC = 5V,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。微控制器用于嵌入式系统,即实时系统。因此,微控制器对输入中最小的变化都很敏感。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是一个上拉电阻。当开关未按下或未打开时,单片机的输入管脚将处于逻辑高位。当开关关闭时,输入引脚被拉到逻辑低电流和小电流从VCC流到地。

如果上拉电阻不存在,那么在电源和地之间有一个直接连接,这被认为是短路。

选择正确的上拉电阻是一项重要的工作。当上拉电阻值较低时,称为强上拉。这是因为更多的电流流过输入管脚。

反之,当上拉电阻值较高时,称为弱上拉。这是因为通过输入管脚的电流更少。

在选择上拉电阻时,需要满足两个条件。

1.当开关闭合时,输入连接到地,并被拉到逻辑低。电阻R1的值将决定从VCC流到地的电流量。

2.当开关打开时,单片机的输入引脚被拉到逻辑高位。电阻R1的值将决定输入管脚上的电压。

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

微控制器的输入引脚的电阻可以在100k Ω到1m Ω之间的任何地方。一般上拉电阻R1的取值选在10k Ω到100k Ω的范围内。

但当选择一个较大的上拉电阻时,输入管脚的响应对电压的变化是缓慢的。这是因为输入信号馈送到输入管脚将来自一个系统,这是一个电容耦合上拉电阻。这种组合形成了一个RC滤波器。这个RC滤波器需要时间来充电和放电。这个时间可以用这个方程来计算

τ (Tau) = R * C

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

上拉电阻的实用值为10k Ω和4.7 K Ω。

下拉电阻

下拉电阻的应用类似于上拉电阻,除了它最初将输入引脚拉到逻辑低。

当上述电路中的开关S1闭合时,U1门的输入引脚处于逻辑高状态。当开关断开时,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。

当开关按下或闭合时,单片机输入管脚处于逻辑高位。如果开关是打开的,那么下拉电阻将微控制器的输入引脚拉到逻辑低。

限流电阻

电流限制是为流经元件或电路的电流量设置上限的过程。限制电流的目的是为了避免短路之类的影响。电阻器可用作限流装置。

最好的例子是为发光二极管(LED)供电。LED是一种半导体设备,当小电流流过它时,它会发光。电流在一个LED是单向的,就像一个正常的PN结二极管。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,一个电压源和一个电阻串联到LED上。这些电阻称为镇流器电阻。LED对电流非常敏感。要点亮一个LED,几毫安的电流就足够了。所有的LED都被指定为其当前的评级。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的额定电流是0.15安培,那么5v电源的电阻值计算如下(假设LED的额定电压可以忽略)。

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被指定。在这种情况下,可以使用下式计算适当的阻力

R = (v - vled) / iled

其中V是电源电压,VLED是额定LED电压,而LED是额定LED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)需要在基极端施加≈0.7 V的小偏置电压才能工作。当这个偏置电压在基极施加时,基极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. 电流总是选择低电阻路径。

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

    因此微控制器在开关为开和开关为闭两种状态下都会处于相同的状态。

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