上拉是用電阻將不確定的信號箝位到高電平，電阻器還充當(dāng)限流器。同樣，下拉意味著通過電阻將不確定信號箝位到低電平。上拉是向器件輸入電流，下拉是輸出電流。

I 上拉電阻s

通常，非集電極（或漏極）開路輸出電路（如普通柵極電路）只能提供有限的電流和電壓，但上拉電阻可以為電路創(chuàng)建輸出電流通道。

1. 概念

將電阻從電源的高電平引出并將其連接到輸出端子。

（1） 如果輸出電平為OC（集電極開路，TTL）或OD（漏極開路，CMOS），則在沒有上拉電阻的情況下將無法工作。沒有電源，任何電阻器都無法輸出高電平。

（2）如果電路中已經(jīng)有上拉電阻，但電阻過大，壓降過高，則輸出電流過大時輸出電平會降低。在這種情況下，可以施加一個上拉電阻器來為電阻器提供電流并“上拉”電平。將電阻與IC內(nèi)部的上拉電阻并聯(lián)，總電流隨總電阻的減小而增加。這種方法也可用于匹配柵極電路的電平。還應(yīng)該注意的是，在線性范圍內(nèi)工作的電阻的上拉電阻不能太小。

2. 使用原因

通常，當(dāng)IC用于單鍵觸發(fā)時，如果沒有內(nèi)阻，為了保持鍵未觸發(fā)或觸發(fā)后恢復(fù)到原始狀態(tài)，必須在IC外部連接另一個電阻。

數(shù)字電路有三種狀態(tài)：高電平、低電平和高電阻狀態(tài)。 在某些應(yīng)用中，高電阻狀態(tài)是不可取的，可以根據(jù)設(shè)計要求通過向上或向下拉來穩(wěn)定。

有些 I/O 端口可以設(shè)置，有些不能，有些端口是內(nèi)置的，有些是外部連接的。I/O端口的輸出類似于晶體管，當(dāng)它連接到電阻器和電源時，電阻器成為上拉電阻。同樣，端口在正常情況下處于高電平，但是當(dāng)它通過電阻連接到地時，電阻器會變成下拉電阻。

上拉電阻用于在總線驅(qū)動能力不足時提供電流。一般來說，上拉會增加電流，下拉電阻用于吸收電流。

三、上拉電阻的功能與缺陷

（1） 功能

● 當(dāng)TTL電路驅(qū)動CMOS電路時，如果電路的輸出高電平低于CMOS電路的最低高電平（一般為3.5V），則需要在TTL的輸出端連接一個上拉電阻，以提高輸出高電平。

● 柵極電路必須使用上拉電阻來提高輸出高電平。

● 為了增強輸出引腳的驅(qū)動能力，一些微控制器通常使用上拉電阻。

● 在CMOS芯片上，為防止靜電造成損壞，未使用的引腳不應(yīng)浮動。相反，連接一個上拉電阻以降低輸入阻抗，并為負載屏蔽提供路徑。

● 在芯片引腳上增加一個拉電阻，提高輸出電平，從而提高輸入信號的噪聲容限，增強抗干擾能力。

● 提高主線的抗電磁信號能力。如果引腳浮動，則很容易受到外部電磁干擾的影響。

●長線傳輸中的不匹配電阻容易引起反射波干擾。使用拉電阻可以匹配電阻并有效抑制干擾。

（2） 缺陷

當(dāng)電流流過上拉電阻時，上拉電阻通常會消耗額外的能量，這可能會導(dǎo)致輸出電平延遲。此外，一些邏輯芯片對通過上拉電阻引入的電源的瞬態(tài)很敏感，因此需要帶濾波的獨立電壓源。

4. 注意事項

需要注意的是，如果上拉電阻過大，輸出電平會出現(xiàn)延遲（RC延遲）。

通常，CMOS柵極電路的輸出引腳不能浮動，而應(yīng)連接到上拉電阻并設(shè)置為高電平。

上拉電阻的選擇原則是：

（1）考慮到芯片的省電和吸電流能力，電阻應(yīng)足夠大。如果電阻大，電流會小。

（2）上拉電阻應(yīng)小，以保證足夠的驅(qū)動電流。當(dāng)電阻小時，電流很大。

（3）對于高速電路，過大的上拉電阻的邊緣可能會變平。

5. 上拉電阻的計算原理

（1）最大值的計算原理

確保上拉電阻明顯小于負載阻抗，以便輸出在高電平下有效。

例如，如果負載阻抗為1K，電源電壓為5伏，如果要求高電平不低于4.5伏，則最大上拉電阻R≧1K，這意味著最大值為1k。如果超過 1k，則輸出高電平將小于 4.5 伏。

（2）最小值的計算原則

確保不超過晶體管的額定電流。如果晶體管不是場效應(yīng)管而是普通的三極管，也可以根據(jù)飽和電流計算最小值。

例如，如果Rmin= 5v/47mA = 106歐姆，如果電阻小于該電阻，晶體管將過飽和。如果大于此值，則管的導(dǎo)體電阻會變大，不利于低電平輸出。

6.上拉電阻的應(yīng)用

可以在邏輯門與其輸入端之間放置一個上拉電阻。例如，輸入信號可以通過電阻上拉，開關(guān)或跳線可以將輸入連接到地面。此外，它還可用于信息分配和選擇，或 外部設(shè)備信號的錯誤檢測和校正。

當(dāng)邏輯器件沒有提供電流時，上拉電阻也可以工作。集電極開路具有上拉電阻，此類電路的輸出信號通常用于驅(qū)動外部設(shè)備，將邏輯電路和連接到一條總線的多個設(shè)備組合在一起。

此外，上拉電阻可以與其他邏輯器件焊接在同一電路板上。在許多微控制器中，預(yù)計會將外部可編程上拉電阻施加到嵌入式控制應(yīng)用中，以減少對外部元件的需求。

II 下拉電阻器

下拉電阻直接接地，當(dāng)它連接到二極管時，端連接到低電平。它被稱為下拉電阻，因為電路節(jié)點的電平被下拉到地。

1. 基本 C值

（1） 通過電阻將不確定信號接地，并將其固定在低電平。

（2） 下拉是輸出器件的電流

（3） 當(dāng)與下拉電阻連接的IO端口設(shè)置為輸入狀態(tài)時，其正常狀態(tài)處于低電平。

2. 晶體管基板上的下拉電阻

由于以下原因，在晶體管基極上施加下拉電阻：

（1） 防止噪音干擾

使用下拉電阻可以防止晶體管因噪聲信號的影響而發(fā)生故障，從而使晶體管截止更加可靠。

晶體管的基極不能懸掛。當(dāng)輸入信號不確定時（如處于高阻抗狀態(tài)），增加一個下拉電阻可以有效地將電路接地。

特別是當(dāng)GPIO（通用輸入/輸出）連接到這個基座時，如果帶有GPIO的IC剛剛上電并初始化，GPIO的內(nèi)部也處于導(dǎo)通狀態(tài)，非常不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生噪聲，導(dǎo)致故障。在這種情況下，增加一個下拉電阻可以消除這種影響。如果當(dāng)其持續(xù)時間很短時出現(xiàn)尖銳的脈沖電平，則電壓很容易被電阻下拉，否則就不能下拉。

（2）避免時滯

當(dāng)晶體管開關(guān)打開時，最好使用較短的ON和OFF時間。為了防止晶體管中剩余電荷在關(guān)斷狀態(tài)下造成的時間滯后，在基極和發(fā)射極之間增加了一個下拉電阻進行放電。如果有高頻和深度飽和，應(yīng)特別注意。

（3） 便于設(shè)置偏置電壓

在基極上增加一個下拉電阻，主要是設(shè)置一個偏置電壓，這樣就不會有信號失真。特別是當(dāng)輸入信號中有交流電時，如果溫度升高，Ic就會增加，導(dǎo)致Ie的增大和Re上的電壓下降。由于Vbe = Vb-IeRe，而Vb基本上由下拉電阻保持，所以Vbe減小了。Vbe的降低使Ib降低，導(dǎo)致Ic的增加，使Ic基本恒定。這也是反饋控制的原理。

反饋控制系統(tǒng)

同時，為了防止輸入電流過大，增加一個電阻可以分一部分電流，這樣大電流就不會直接流入晶體管而損壞它。

MOS晶體管還需要一個下拉電阻來設(shè)置柵極偏置。由于MOS晶體管內(nèi)部的三個引腳相互絕緣，因此會產(chǎn)生電容效應(yīng)。當(dāng)信號消失時，內(nèi)部等效電容可以通過下拉電阻放電，否則會發(fā)生邏輯錯誤。

三、上拉電阻和下拉電阻的設(shè)置

當(dāng)我們選擇上拉和下拉電阻時，應(yīng)考慮開關(guān)管的特性和下拉電路的輸入特性，可以從以下幾個方面來說明：

● 驅(qū)動能力和功耗

以上拉電阻為例，一般來說，如果上拉電阻越小，驅(qū)動能力就會更強，功耗也會更大。這應(yīng)該是

● 驅(qū)動低電平電路需求

同樣，以上拉電阻為例。當(dāng)高電平輸出且開關(guān)關(guān)閉時，上拉電阻應(yīng)能夠為下部電路提供足夠的電流。

● 高低電平

不同電路中高電平和低電平的閾值電平不同，應(yīng)適當(dāng)設(shè)置電阻，以確保可以輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當(dāng)輸出為低電平且開關(guān)導(dǎo)通時，上拉電阻和開關(guān)管的導(dǎo)通電阻應(yīng)低于零電平。

● 頻率特性

對于上拉電阻，上拉電阻與開關(guān)管漏源電極之間的電容以及較低電平電路之間的輸入電容很容易造成RC延遲。阻力越大，延誤越大。

IV 上拉電阻和下拉電阻的原理分析

在電路圖-1中，假設(shè)晶體管T1在有電壓輸入時處于飽和狀態(tài)。

電路圖-1

0-5V的脈沖電壓輸入到T1的基極。當(dāng)輸入電壓為5V時，設(shè)置T1 Ube = 0.7V，因此 T1的基極電流：

把T2的基極電流放在一邊，因為T1是飽和的，那么Uce = 0.3V，所以：

電路圖-2

現(xiàn)在我們來看電路圖-2 因為T2有輸入電阻，我們把它和基極電阻結(jié)合起來變成5K，也就是圖中的Rrsr。首先，使T1的輸入電壓為0V，T1將被切斷，其集電極應(yīng)輸出高電平。但實際集電極電壓是

既不高也不低。如果輸入電壓略高于0V，T1可能會進入放大器區(qū)域，這將大大增加晶體管的功耗，并且集電極電壓將不穩(wěn)定。

當(dāng)T1管飽和時，從邏輯上講，其集電極電壓為0.3V，這是一個低電平。收集器的節(jié)點-電流關(guān)系為：

那是：

無論是使用T1晶體管還是電路中的任何其他組件，都可以滿足這一點。因此，當(dāng)增加落后電平系統(tǒng)時，會影響前一級的截止電壓，使晶體管的集電極電壓從高電平下降到既不高也不低的狀態(tài)。

電路圖-3

在這種情況下，可以將上拉電阻連接到后電路的輸入端，如 電路圖-3中的R。該電阻的一端連接到電源Vcc，另一端連接到輸入端子。

假設(shè)Rs = 5K，電阻10K和5K的并聯(lián)值為：

，

所以T1集電極的截止電壓為：

，

這比計算的最后一個值高得多。

因此，上拉電阻用于增加輸入級的高電平輸入電壓。

需要注意的是，當(dāng)T1管飽和時，上拉電阻產(chǎn)生的電流會流入集電極。因此，上拉電阻是T1的吸電流負載。當(dāng)我們選擇上拉電阻的特定電阻時，應(yīng)考慮前一階段的加熱功耗。

并且通過用相同的方法分析，我們可以看到下拉電阻是前一級的電流負載，對前一級晶體管的關(guān)斷狀態(tài)有影響。

V 上拉和下拉電阻電路

1. 上拉 R電鉆器 C軸

上拉電阻電路如圖所示，它是數(shù)字電路中的逆變器。當(dāng)沒有低電平注入逆變器的輸入端UI時，上拉電阻R1可以使輸入端穩(wěn)定在高電平，防止導(dǎo)致逆變器故障的低電平干擾。

如果沒有上拉電阻，逆變器的輸入端被掛起，因此外部低電平干擾很容易進入逆變器，從而導(dǎo)致逆變器向輸出高電平的方向翻轉(zhuǎn)。

2. 下拉式 R 電擊器 C電擊器

該圖顯示了數(shù)字電路中的逆變器。輸入端Ui 通過下拉電阻R1接地，因此當(dāng)沒有高電平輸入時，輸入端可以穩(wěn)定在低電平，而不會產(chǎn)生導(dǎo)致逆變器故障的高電平干擾。

如果省略下拉電阻R1，則逆變器的輸入端懸空且處于高阻抗。結(jié)果，外部高電平干擾很容易從輸入端添加到逆變器中，使逆變器向輸出低電平方向翻轉(zhuǎn)。