בפוסט זה אנו הולכים לחקור את הנגד הנפתח ואת הנגד הנפתח, מדוע הם משמשים בדרך כלל במעגלים אלקטרוניים, מה קורה למעגלים אלקטרוניים ללא נגיעה נפתחת או נגד, וכיצד לחשב Pull-Up ו- ערכי נגדים נפתחים ולבסוף נראה על תצורת אספנים פתוחים.

כיצד עובדים כניסות ויציאות לוגיות במעגלים דיגיטליים

באלקטרוניקה דיגיטלית וברוב המעגלים מבוססי המיקרו-בקר מעובדים האותות הדיגיטליים המעורבים בצורה של לוגיקה 1 או לוגיקה 0, כלומר 'HIGH' או 'LOW'.

שערי לוגיקה דיגיטליים הופכים ליחידות היסוד של כל מעגל דיגיטלי, ועל ידי שימוש בשער 'AND', 'OR' ו- 'NOT' אנו מסוגלים לבנות מעגלים מורכבים, אולם כאמור לעיל שערים דיגיטליים יכולים לקבל רק שתי רמות מתח אשר 'HIGH 'ו-' LOW '.

'HIGH' ו- 'LOW' הם בדרך כלל בצורה של 5V ו- 0V בהתאמה. 'HIGH' מכונה גם '1' או אות חיובי של האספקה ו- 'LOW' מכונה גם '0' או אות שלילי של האספקה.

בעיות מתרחשות במעגל לוגי או במיקרו-בקר כאשר הקלט המוזן נמצא איפשהו באזור הלא מוגדר בין 2V ל- 0V.

במצב כזה מעגלי לוגיקה או מיקרו-בקר עשויים שלא לזהות את האות כראוי, והמעגל יניח כמה הנחות שגויות ויבוצע.

בדרך כלל שער לוגי יכול לזהות את האות כ- 'LOW' אם הקלט נמוך מ- 0.8V ויכול לזהות את האות כ- 'HIGH' אם הקלט הוא מעל 2V. עבור מיקרו-בקרים זה יכול למעשה להשתנות מאוד.

רמות לוגיות קלט לא מוגדרות

הבעיות מתעוררות כאשר האות הוא בין 0.8V ל- 2V ומשתנה באופן אקראי בסיכות הקלט, ניתן להסביר נושא זה במעגל לדוגמא באמצעות מתג המחובר ל- IC או למיקרו-בקר.

נניח מעגל באמצעות מיקרו-בקר או IC, אם אנו סוגרים את המעגל, סיכת הכניסה הולכת 'LOW' והממסר נדלק 'ON'.

אם אנו פותחים את המתג, הממסר צריך לכבות 'OFF' נכון? ובכן לא באמת.

אנו יודעים שהמכשירים הדיגיטליים והמיקרו-בקרים הדיגיטליים לוקחים קלט רק כ- “HIGH” או כ- “LOW”, כאשר אנו פותחים את המתג, סיכת הקלט פשוט פתוחה. זה לא 'HIGH' ולא 'LOW'.

סיכת הקלט חייבת להיות 'גבוהה' על מנת לכבות את הממסר, אך במצב פתוח סיכה זו הופכת לפגיעה לטנדרים תועים, מטענים סטטיים תועים ורעשים חשמליים אחרים שמסביבם, העלולים לגרום לממסר להדליק ולכבות. באופן אקראי.

כדי למנוע טריגרים אקראיים כאלה עקב מתח תועה, בדוגמה זו נהיה חובה לקשור את סיכת הכניסה הדיגיטלית המוצגת לוגיקה 'HIGH', כך שכאשר מתג מתג, הסיכה מתחברת אוטומטית למצב מוגדר 'HIGH' או רמת ההיצע החיובית של ה- IC.

כדי לשמור על הסיכה 'HIGH' אנו יכולים לחבר את סיכת הקלט ל- Vcc.

במעגל שלמטה מחובר סיכת הקלט ל- Vcc, השומר על הקלט 'HIGH' אם אנו פותחים את המתג, מה שמונע הפעלה אקראית של הממסר.

אתה יכול לחשוב, עכשיו יש לנו את הפתרון שהסתדר. אבל לא .... עוד לא!

בהתאם לתרשים אם נסגור את המתג יהיה קצר ונכבה וקצר את כל המערכת. המעגל שלך לא יכול להיות במצב הגרוע ביותר מאשר קצר.

הקצר חשמלי נובע מזרם גדול מאוד שזורם דרך התנגדות נמוכה אשר שורף את עקבות ה- PCB, נושף נתיך, מפעיל מתגי בטיחות ואף עלול לגרום נזק קטלני למעגל שלך.

כדי למנוע זרימת זרם כבדה כזו וגם לשמור על סיכת הקלט במצב 'HIGH', אנו יכולים להשתמש בנגד המחובר ל- Vcc, שנמצא בין 'הקו האדום'.

במצב זה הסיכה תהיה במצב 'HIGH' אם אנו פותחים את המתג, ובסגירת המתג לא יהיה שום קצר, וגם לסיכת הקלט מותר להתחבר ישירות עם ה- GND, מה שהופך אותו ' נָמוּך'.

אם נסגור את המתג תהיה ירידה במתח זניחה דרך הנגיעה הנמשכת ושאר המעגל יישאר ללא השפעה.

יש לבחור את ערך הנגד Pull-Up / Pull-Down בצורה אופטימלית, כך שהוא לא ימשוך עודף דרך הנגד.

חישוב ערך הנגד למשוך:

כדי לחשב ערך אופטימלי עלינו לדעת 3 פרמטרים: 1) Vcc 2) מתח כניסת סף מינימלי שיכול להבטיח שהפלט יהיה 'HIGH' 3) זרם כניסה ברמה גבוהה (הזרם הנדרש). כל הנתונים הללו מוזכרים בגיליון הנתונים.

בואו ניקח את הדוגמה של שער ההיגיון NAND. על פי גיליון הנתונים שלה Vcc הוא 5V, מתח כניסה מינימלי לסף (מתח כניסה ברמה גבוהה V._אוֹתָם) הוא 2V וזרם קלט ברמה גבוהה (I_אוֹתָם) הוא 40 uA.

“מה ההבדל בין מתח AC ו- DC ”

על ידי יישום חוק אוהם אנו יכולים למצוא את ערך הנגד הנכון.

R = Vcc - V._{IH (MIN)}/ אני_אוֹתָם

איפה,

Vcc הוא מתח ההפעלה,

ו_{IH (MIN)}הוא מתח כניסה ברמה גבוהה,

אני_אוֹתָםהוא זרם הקלט ברמה גבוהה.

עכשיו בואו נעשה את ההתאמה,

R = 5 - 2/40 x 10 ^ -6 = 75K אוהם.

אנו יכולים להשתמש בערך הנגד המרבי של 75K אוהם.

פתק:

ערך זה מחושב לתנאים אידיאליים, אך איננו חיים בעולם אידיאלי. לקבלת פעולה מיטבית אתה יכול לחבר נגד נמוך מעט מהערך המחושב נניח 70K, 65k או אפילו 50K אוהם, אך אל תפחית את ההתנגדות נמוכה מספיק כדי שיוביל זרם עצום לדוגמא 100 אוהם, 220 אוהם לדוגמא לעיל.

נגדי Pull-Up מרובי שער

בדוגמה שלעיל ראינו כיצד לבחור נגד משיכה לשער אחד. מה אם יש לנו 10 שערים שכולם צריכים להיות מחוברים לנגד Pull-Up?

אחת הדרכים היא לחבר 10 נגדי Pull-Up בכל אחד מהשערים, אך זה לא פתרון חסכוני וקל. הפיתרון הטוב ביותר יהיה חיבור כל סיכות הכניסה יחד לנגד Pull-Up יחיד.

כדי לחשב את ערך הנגד למשוך את התנאי הנ'ל בצע את הנוסחה הבאה:

R = Vcc - V._{IH (MIN)}/ N x I_אוֹתָם

ה- 'N' הוא מספר השערים.

תבחין כי הנוסחה שלעיל זהה לזו הקודמת ההבדל היחיד הוא הכפלת מספר השערים.

אז בואו נעשה את המתמטיקה שוב,

R = 5 -2 / 10 x 40 x 10 ^ -6 = 7.5K אוהם (מקסימום)

כעת עבור 10 שערי NAND, קיבלנו את ערך הנגד באופן שהזרם גבוה פי 10 משער NAND אחד (בדוגמה הקודמת), כך שהנגד יכול לשמור על מינימום של 2V בעומס שיא, מה שיכול להבטיח את הנדרש פלט ללא כל שגיאה.

אתה יכול להשתמש באותה נוסחה לחישוב נגד Pull-Up לכל יישום.

נגדים נפתחים:

נגד ה- Pull-Up שומר על הסיכה 'HIGH' אם אין כניסה מחוברת עם הנגיעה הנפתחת, היא שומרת על הסיכה 'LOW' אם לא מחובר כניסה.

הנגר הנפתח מיוצר על ידי חיבור הנגד לאדמה במקום Vcc.

ניתן לחשב את הנפתח על ידי:

R = V._{IL (MAX)}/ אני_ה

איפה,

ו_{IL (MAX)}הוא מתח כניסה ברמה נמוכה.

אני_ההוא זרם קלט ברמה נמוכה.

כל הפרמטרים הללו מוזכרים בגיליון הנתונים.

R = 0.8 / 1.6 x 10 ^ -3 = 0.5K אוהם

אנו יכולים להשתמש במקסימום של 500 אוהם נגד עבור נפתח.

אבל שוב, עלינו להשתמש בערך נגד פחות מ -500 אוהם.

פלט אספן פתוח / ניקוז פתוח:

אנו יכולים לומר שסיכה היא 'פלט אספן פתוח' כאשר ה- IC אינו יכול להניע את הפלט 'HIGH' אלא יכול רק להניע את תפוקתו 'LOW'. זה פשוט מחבר את הפלט לקרקע או מתנתק מהקרקע.

אנו יכולים לראות כיצד מתבצעת תצורת האספן הפתוח ב- IC.

מכיוון שהפלט הוא קרקעי או מעגל פתוח, עלינו לחבר נגד חיצוני Pull-Up שיכול להפוך את הפין 'HIGH' כאשר הטרנזיסטור כבוי.

זה אותו דבר עבור ניקוז פתוח ההבדל היחיד הוא שהטרנזיסטור הפנימי בתוך ה- IC הוא MOSFET.

כעת, תוכלו לשאול מדוע אנו זקוקים לתצורת ניקוז פתוחה? אנחנו צריכים לחבר נגד Pull-Up בכל מקרה.

ובכן, ניתן לשנות את מתח המוצא על ידי בחירת ערכי נגדים שונים ביציאת הקולטור הפתוח, כך שהוא נותן גמישות רבה יותר לעומס. אנו יכולים לחבר עומס בפלט בעל מתח הפעלה גבוה או נמוך יותר.

אם היה לנו ערך נגדי משיכה קבוע איננו יכולים לשלוט על המתח ביציאה.

חסרון אחד בתצורה זו הוא בכך שהיא צורכת זרם עצום ואולי אינה ידידותית לסוללה, והיא זקוקה לזרם גבוה יותר לצורך פעולתה הנכונה.

בואו ניקח דוגמא לשער 'NAND' של לוגיקה ניקוז פתוחה של IC 7401 ונראה כיצד לחשב את ערך הנגד המושך.

עלינו לדעת את הפרמטרים הבאים:

ו_{OL (MAX)}שהוא מתח הכניסה המרבי ל- IC 7401 אשר יכול להבטיח להפוך את היציאה ל'נמוכה '(0.4V).

אני_{OL (MAX)}שהוא זרם הקלט ברמה נמוכה (16mA).

Vcc הוא מתח ההפעלה שהוא 5V.