上拉電阻如何工作？如何選擇上拉電阻值？

在構(gòu)建電路時(shí)，常會(huì)使用到上拉電阻，我們經(jīng)常在一些數(shù)字電路中看到它。它只是一個(gè)電阻，從輸入端連接到電路的正電源VDD。如下圖所示：

上拉電阻用于確保在未按下按鈕時(shí)輸入引腳處于高電平狀態(tài)。如果沒有這顆電阻，那么輸入電壓將是浮動(dòng)的，并且會(huì)伴隨著輸入在HIGH和LOW之間隨機(jī)變化的風(fēng)險(xiǎn)，此外它會(huì)產(chǎn)生噪聲。

一、如何選擇上拉電阻值？

規(guī)則一：值不能太高。

上拉值越高，輸入電壓越低。重要的是要讓電壓足夠高，使芯片將其視為HIGH或邏輯1輸入。例如，如果使用帶有10V電源的CD4017，則輸入端至少需要7V才能將其視為高電平。

規(guī)則二：也不能太小。

例如，如果選擇100Ω，問題是按下按鈕時(shí)會(huì)有大量電流流過它。例如，使用9V電源，接上100Ω的電阻，那么電流為90mA。這是不必要的功耗浪費(fèi)，這也意味著電阻器需要承受0.81W的功率。值得注意的是，大多數(shù)電阻器只能承載高達(dá)0.25W的功率。

二、得出的結(jié)論

選擇上拉電阻時(shí)的經(jīng)驗(yàn)法則是選擇至少比引腳輸入阻抗（或內(nèi)阻）小10倍的電阻值。通常，一個(gè)10kΩ的上拉值就可以解決問題。

三、上拉電阻如何工作？

我們可以將集成電路 （IC） 的輸入引腳視為具有接地的電阻器。這稱為輸入阻抗：

這兩個(gè)電阻組成了一個(gè)分壓器。如果查看標(biāo)準(zhǔn)分壓器電路，可以看到上拉電阻為R1，輸入阻抗為R2：

我們可以使用分壓器公式找到未按下按鈕時(shí)輸入引腳上的電壓：

下面重命名了公式的組成部分以適應(yīng)上拉示例。輸入電壓為上拉示例中的VDD 。輸出電壓是輸入引腳上的電壓。于是公式就變成了：

示例計(jì)算

假設(shè)您的芯片的輸入阻抗為1MΩ（對(duì)于許多芯片來說，100kΩ到1MΩ是正常的）。如果您的電源是9V，并且您選擇了一個(gè)10kΩ

的上拉電阻，那么輸入引腳上的電壓是多少？

輸入引腳上的電壓為 8.9V，足以充當(dāng)高電平輸入。

一般來說，如果堅(jiān)持使用不超過輸入阻抗十倍的上拉電阻器的經(jīng)驗(yàn)法則，將確保必須具有至少90%的VDD電壓輸入引腳。

如何找到IC的輸入阻抗？

我們可以很容易地測(cè)量出芯片的輸入阻抗。阻抗實(shí)際上是電阻的一個(gè)術(shù)語，它可以根據(jù)頻率而變化。但是對(duì)于這種上拉情況，我們只處理直流電流。

將例如10kΩ的上拉電阻連接到芯片的輸入端，并測(cè)量輸入端的電壓。

假設(shè)你測(cè)量時(shí)得到8.5V。那么，通過歐姆定律就能計(jì)算流過電阻器的電流。電阻兩端的電壓降為9V–8.5V=0.5V，因此將得到：

有0.05mA電流流過電阻器，因此也通過輸入引腳下降到地。再次，使用歐姆定律找出電壓降為8.5V和電流為0.05mA的物體的電阻：

輸入阻抗為170kΩ。這意味著該輸入的上拉電阻不應(yīng)超過17kΩ。