Резистор с выключателем. Резисторы в цепях управления силовых выключателей: назначение и применение

Какие типы резисторов используются в схемах управления выключателями. Для чего нужны резисторы в цепях РПВ/РПО. Как применяются шунтирующие резисторы. Зачем нужны шунты для контроля тока. Особенности применения резисторов в современных микропроцессорных схемах.

Виды резисторов в цепях управления выключателей

В схемах управления силовыми выключателями применяются различные типы резисторов, выполняющие важные функции:

• Резисторы в цепях реле положения выключателя (РПВ/РПО)
• Шунтирующие резисторы для дискретных входов
• Токовые шунты для контроля протекания тока

Рассмотрим подробнее назначение и особенности применения каждого типа резисторов.

Резисторы для реле РПВ и РПО

В схемах с электромеханическими реле положения выключателя РПВ и РПО применялись последовательно включенные резисторы. Их основная задача — ограничение напряжения на электромагнитах выключателя при пробое катушки реле.

Резистор выступал в роли делителя напряжения, создавая на себе требуемое падение напряжения. Это позволяло предотвратить несанкционированное включение или отключение выключателя при повреждении катушки реле.

Особенности применения резисторов в современных микропроцессорных схемах

В современных схемах с микропроцессорными терминалами РЗА резисторы в цепях РПВ/РПО, как правило, не применяются. Дискретные входы РПВ и РПО подключаются к цепям управления напрямую.

В нормальном режиме сопротивление дискретного входа очень большое, что исключает подачу напряжения на электромагнит. Однако при пробое входа на электромагнит будет подано полное напряжение оперативного тока.

Для повышения надежности можно было бы применить резисторы и в схемах с микропроцессорными терминалами. Но это потребовало бы использования для РПВ/РПО отдельных входов с другим порогом срабатывания, что не предусмотрено производителями.

Шунтирующие резисторы для дискретных входов

В схемах с микропроцессорными терминалами применяются шунтирующие резисторы, подключаемые параллельно дискретным входам РПВ и РПО. Их задача — увеличить падение напряжения на внешнем контакте при его срабатывании.

Это необходимо, так как из-за высокого сопротивления дискретного входа на внешнем контакте падает очень малое напряжение. Оксидная пленка в месте контакта может не пробиться, и сигнал не пройдет, даже если контакт замкнулся.

Шунтирующий резистор уменьшает входное сопротивление, увеличивая напряжение на контакте. Такие резисторы применяются не только для РПВ/РПО, но и для других дискретных входов.

В каких случаях необходимы шунтирующие резисторы?

Шунтирующие резисторы особенно важны для блок-контактов выключателя, которые эксплуатируются в наименее благоприятных условиях. Это приводит к образованию оксидной пленки на контактах.

В современных терминалах РЗА применяются специальные дискретные входы с режекцией сигнала. Они могут изменять свое сопротивление при коммутации внешним контактом. Такие входы не требуют шунтирования резисторами.

Шунты для контроля протекания тока

Еще один вариант применения резисторов — использование токовых шунтов для контроля протекания тока через цепи управления приводом выключателя.

Шунт с малым сопротивлением включается последовательно с электромагнитом. При каждой операции управления через него протекает ток электромагнита. Падение напряжения на шунте (около 5 В) фиксируется специальным входом терминала.

Это позволяет сформировать логический сигнал «Наличие тока в цепи управления» и использовать его, например, в логике защиты от длительного протекания тока через электромагнит.

Преимущества использования шунтов для контроля тока

Контроль падения напряжения на шунте технически проще, чем прямое измерение протекающего тока. Прямое измерение тока сопровождается повышенным тепловыделением.

Схемы с токовыми шунтами применяются в некоторых терминалах НПП «ЭКРА» и НТЦ «Механотроника».

Заключение

Резисторы играют важную роль в обеспечении надежной работы цепей управления силовыми выключателями. Их грамотное применение позволяет:

• Предотвратить ложные срабатывания при повреждениях
• Обеспечить надежное прохождение сигналов
• Контролировать протекание токов в цепях управления

При проектировании и эксплуатации схем управления выключателями важно учитывать особенности применения различных типов резисторов в зависимости от конкретной схемы и используемой элементной базы.

Шунтирующие резисторы | Высоковольтные выключатели

Шунтирующие резисторы (ШР), подключаемые параллельно контактам ДУ выключателя, но назначению разделяются на три основные группы:
Резисторы (одноступенчатые или двухступенчатые), предназначенные для изменения параметров ПВН на контактах В к при отключении к. з. и для увеличения тока отключения. Сопротивление шунтирующих резисторов данной группы, приходящееся на один разрыв высоковольтного выключателя, может быть от долей ома до нескольких сотен ом. В этих шунтирующих резисторах применяются линейные металлические или керамические токоведущие элементы (ТЭ).

Конструкции ШР по роду установки разделяются на три группы: наружной установки, внутренней установки и для работы в средах с высокой электрической прочностью (масло, сжатый воздух, элегаз и т. п.).
По материалу ТЭ резистора ШР разделяются на две группы: линейные шунтирующие резисторы (с металлическими токоведущими элементами из проволоки или ленты) и объемные ШР (линейные или нелинейные), выполненные из специальной керамики или бетэла.

Изоляционные материалы, применяемые для шунтирующих резисторов

* При 20 °С С повышением температуры электрическая прочность уменьшается.

Сплавы, применяемые для шунтирующих резисторов

В табл.  приведены характеристики отечественных металлических и изоляционных материалов, применяемых для шунтирующих резисторов.

Шунтирующие резисторы, применяемые в выключателях

Подробности

Категория: Выключатели

Шунтирующие резисторы, применяемые в выключателях, могут выполнять следующие функции:
ограничивать скорость восстановления напряжения на контактах выключателя при отключении коротких замыканий;
ограничивать коммутационные перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов, реакторов и линий;
ограничивать коммутационные перенапряжения при включении ненагруженных линий;
выравнивать распределения напряжения по разрывам многоразрывного выключателя.
Наиболее широко в воздушных выключателях применяются резисторы для выполнения функций первой группы. Сопротивление таких резисторов изменяется от десятых долей Ома для генераторных выключателей до сотен ом — для выключателей высокого напряжения.
Резисторы второй группы, а также резисторы из третьей группы применяются в основном для выключателей сверхвысокого напряжения. Сопротивление резисторов этих групп изменяется в пределах от десятков до нескольких тысяч ом.
Наиболее тяжелым режимом работы воздушного выключателя является отключение неудаленного КЗ. Поэтому в дальнейшем более подробно будет рассмотрено влияние ШР на ПВН при работе выключателя в этом режиме.
Упрощенная расчетная схема коммутации выключателя при отключении неудаленного КЗ приведена на рис 1, где Umt — линейно нарастающее напряжение на контактах выключателя для временного интервала с момента прерывания дуги до прихода отраженной от места КЗ волны напряжения; zB — волновое сопротивление линии; С — емкость присоединенного к шинам оборудования; Rw и Llu — сопротивление

Рис. 1. Схемы коммутации выключателя при неудаленном КЗ

Сравнивая (1) и (2) получаем, что применение ШР уменьшает du/dt в отношении

Применение низкоомных шунтирующих резисторов (Rlls < zB) позволяет существенно снизить du/dt. Заметим, что низкоомные ШР наряду со снижением du/dt значительно облегчают условия гашения дуги до перехода тока через нулевое значение в результате увеличения интервала времени между моментами перехода тока  и напряжения через нулевое значение.
Конструкции низкоомных шунтирующих резисторов могут быть подразделены на две группы:
ШР с металлическими токоведущими элементами (круглыми или плоскими). В качестве материала для шунтирующих резисторов применяется проволока или лента из сплавов, имеющих удельное сопротивление 1,1 — 1,4 мкОм-м. Конструктивно такие ШР выполняются со спиральными или ленточными токоведущими элементами в виде отдельного конструктивного узла. ШР наружной установки помещаются в герметизированную фарфоровую покрышку;
объемные ШР из специальной керамики. Такие резисторы могут быть как линейными, так и нелинейными. В России в качестве материала для ШР применяется бетэл (бетон электротехнический) с объемной теплоемкостью при адиабатном нагреве примерно 100 Дж/см³. Некоторые объемные резисторы меняют сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Такие нелинейные резисторы перспективны для снижения коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов.
Термическая стойкость ШР является одним из важнейших показателей, определяющих надежность работы выключателя в целом.

Следует учитывать, что выключатели должны выполнять и повторять определенные циклы операций. Этим в основном определяется надежность шунтирующих резисторов при многократном нагреве его до высокой температуры. Если принять за исходный цикл операций двойное АПВ (О — /бт — ВО — 180 — ВО) и учесть, что за время бестоковой паузы 0,2 — 0,3 с обычно не происходит теплообмена между токоведущими и изоляционными элементами ШР, то можно считать, что две операции отключения следуют одна за другой без выдержки времени.  
Для определения полного времени остывания ШР, по истечении которого выключатель может повторить заданный цикл операций, следует рассматривать не только стадию адиабатного нагрева токоведущего элемента без теплообмена с нетоковедущими элементами, но и стадии теплового процесса, связанные с теплообменом между токоведущими и изоляционными элементами шунтирующих резисторов.

Резистор переменный RV17S 20 кОм линейный моно (с выкл.)

Резистор переменный предназначен для плавного измерения сопротивления в пределах от 0 до 20 кОм с линейной зависимостью, и имеющий два независимых регулируемых канала.

• Сопротивление: 20 кОм;
• Размер: 17 мм;
• Вид изменения сопротивления: линейный;
• Канал: моно.

Резистор переменный RV17S 20 кОм линейный моно (с выкл.) предназначен для изменения сопротивления, благодаря чему можно плавно регулировать ток на участке электрической цепи.

• регулировка уровня звука в выходных усилителях звуковой частоты;
• регулирование выходного напряжения и тока в лабораторном блоке питания;
• встраивание в микросхемные стабилизаторы;
• тиристорные и симисторные регуляторы;
• во всевозможных самоделках для регулировки напряжения и тока.

Рассматриваемый переменный резистор устанавливается на корпусе и служит для постоянной работы.

При установке резистора переменного RV17S 20 кОм линейный моно (с выкл.) необходимо предусмотреть место для установки.

Если электронная схема, предусматривает использование переменного резистора только на этапе настройки и наладки, лучше применить подстроечный резистор.

Во всех остальных случаях нужно купить переменный резистор.

Изменение сопротивления в переменном резисторе происходит путем вращения вала.

В рассматриваемом резисторе зависимость изменения сопротивления от угла поворота вала носит линейный характер.

Резистивный слой нанесен на круговое диэлектрическое основание, по которому движется контактный узел.

Таким образом, в зависимости от текущей точки расположения контактного узла, сопротивление в резисторе изменяется от 0 до 20 кОм.

Для резистора рекомендуется дополнительно купить ручки для потенциометров по трем причинам:

1. удобство вращение;
2. защита от поражения электрическим током;
3. исключение влияния сопротивление тела на параметры работы схемы.

В резисторе переменном RV17S 20 кОм линейный моно (с выкл.) используется сдвоенный регулятор (два параллельных одинаковых резистора на одном валу). Выключатель в этом резисторе не предусмотрен.

Используется две основных схемы подключения переменного резистора.

1. Схема с подключением двух выводов. В данном случае припаиваются при помощи паяльника два вывода: любой из крайних и средний.
2. Схема с подключением трех выводов (со средней точкой). В этом случае припаивается сразу три вывода.

1. Превышение допустимой мощности рассеивания, что происходит из-за перегрева резистора. Резистор может даже задымиться. Такое происходит в случае неправильного расчета тока, протекающего через резистор. Также не исключен вариант короткого замыкания в схеме, и тогда ток через резистор тоже может резко увеличиться.
2. Естественный износ токопроводящего слоя. Скорость износа преимущественно зависит в интенсивности эксплуатации резистора.

Как следствие – не исключены скачки в значении сопротивлении, что негативно повлияет на параметры работы схемы.

Мелкие частицы резистивного слоя могут также вызвать шорохи и посторонние шумы при использовании переменного резистора в усилителях звуковой частоты.

И в первом и во втором случае лучшим вариантом будет купить резистор в Интернет-магазине Electronoff с теми же характеристиками.

Измерить сопротивление резистора переменного RV17S 20 кОм можно универсальным мультимером с пределом измерения сопротивления не ниже, чем 20 кОм.

После подключения щупов мультиметра, медленно вращайте вал переменного резистора.

На дисплее мультиметра, Вы должны видеть плавное изменение сопротивление от нуля до 20 кОм.

Если Вы заметите, что сопротивление при вращении не изменяется, есть скачки сопротивления, резистор следует заменить.

Автор на +google

Резисторы в цепях управления силовых выключателей

Приветствую коллеги.

Как-то мы уже обсуждали  цепи привода выключателя в статье «Зачем нужны реле РПВ и РПО?». Сегодня рассмотрим применение, в этих схемах, такого элемента, как резистор.

Где применяются резисторы, какие задачи они выполняют и что это дает? Поехали!

Резисторы для реле РПВ, РПО в схемах с электромеханикой

В старых схемах катушки электромеханических реле РПВ и РПО включались в цепи управления последовательно с резисторами (см. Рис.1). Делалось это для того, чтобы, при пробое катушки, напряжение на электромагнитах выключателя было меньше напряжения их срабатывания. В этом случае резистор являлся плечом делителя напряжения, на котором создавалось требуемое падение.

Рис. 1. Подключение реле РПВ, РПО в схемах с электромеханикой

Такая схема позволяла предотвратить несанкционированное включение/ отключение силового выключателя, которое может привести к нехорошим последствиям (особенно включение)

Интересно, что в современных схемах с микропроцессорными терминалами эти резисторы не применяются (см. Рис. 2)

Рис. 2. Подключение входов РПВ, РПО в схемах с МП РЗА

Дискретные входы РПВ и РПО включены в цепи управления напрямую. В нормальном режиме сопротивление дискретного входа очень большое (даже больше, чем у реле с резистором) и поэтому на электромагните практически нет напряжения. Это круто.

Однако, при пробое дискретного входа на электромагнит выключателя прикладывается полное напряжение опер. тока, что приведет к самопроизвольной операции выключателя. Это не круто.

В принципе можно было поставить резистор и в цепи с дискретным входом, но тогда для РПВ, РПО придеться применять отдельные входы с другим порогом срабатывания, на что никто из производителей МП РЗА не идет.

Шунтрирующие резисторы для дискретных входов

Еще одно применение резисторов в цепях привода показано на Рис. 3 Это шунтирующие резисторы для дискретных входов РПВ и РПО в схемах с микропроцессорными терминалами РЗА.

Рис. 3. Шунтирующие резисторы для входов РПВ и РПО

Как видите, эти резисторы подключаются параллельно дискретным входам терминала и нужны для того, чтобы увеличить падение напряжения на внешнем контакте (в данном случае блок-контакте выключателя), при его срабатывании. Тот же делитель напряжения, только для обратной цели.

Зачем увеличивать напряжение на внешнем контакте?

Дело в том, что в такой схеме на контакте падает очень маленькое напряжение (из-за большого сопротивления дискретного входа) и существующая оксидная пленка, в месте контакта, может просто не пробиться. Контакт замкнулся, а сигнал не прошел.

Другими словами не все контакты способны коммутировать дискретный вход терминала. Для увеличения напряжения на контакте уменьшают входное сопротивление контакта, путем добавление параллельного резистора.

На самом деле такие резисторы используются не только в цепях РПВ, РПО, но   для шунтирования других дискретных входов. Иногда в шкафах РЗА устанавливаются целые сборки с резисторами (см. Рис. 4). Просто блок-контакты выключателя обычно находятся в наименее благоприятных условиях эксплуатации, что и проводит к образованию оксидной пленки.

Рис. 4. Шунтирующие резисторы для других входов терминала

Стоит отметить, что практически все современные терминалы имеют специальные дискретные входы с режекцией сигнала, которые изменяют свое сопротивление в ходе коммутации внешним контактам. Такие входы уже не нужно шунтировать и постепенно схемы с резисторами уходят в прошлое.

Шунты для контроля протекания тока

Еще одним способом применения резисторов/шунтов является контроль за протеканием тока через цепи управления приводом (см. Рис.5). Шунт с малым сопротивлением включается последовательно с электромагнитом и обтекается его током при каждой операции управления.

Рис. 5. Шунты для контроля тока через ЭМ

Падение напряжения на данном шунте (около 5 В) можно зафиксировать специальным входом терминала и использовать логический сигнал «Наличие тока в цепи управления» в логике. Например, в логике защиты от длительного протекания тока через ЭМ.

Контроль такого напряжения гораздо легче, чем прямой контроль протекающего тока из-за повышенного тепловыделения, при последнем способе.

Данный способ контроля тока применяется в некоторых терминалах НПП «ЭКРА» и НТЦ «Механотроника».

Вот такие есть примеры использования резисторов в цепях управления силовым выключателя. А какие еще примеры знаете вы? Пишите об этом в комментариях)

Удачи!

Подтягивающий резистор и описание понижающего резистора

Цифровые логические вентили могут использоваться для подключения к внешним цепям или устройствам, но необходимо следить за тем, чтобы их входы или выходы работали правильно и обеспечивали ожидаемые условия переключения.

Современные цифровые логические вентили, ИС и микроконтроллеры содержат множество входов, называемых «выводами», а также один или несколько выходов, и эти входы и выходы должны быть правильно установлены, либо ВЫСОКИЙ, либо НИЗКИЙ, чтобы цифровая схема работала правильно.

Мы знаем, что логические вентили являются самым основным строительным блоком любой цифровой логической схемы и что, используя комбинации трех основных вентилей, логического элемента И, элемента ИЛИ и элемента НЕ, мы можем построить довольно сложные комбинационные схемы. Но будучи цифровыми, эти схемы могут иметь только одно из двух логических состояний, называемых состоянием логического «0» или состоянием логической «1».

Эти логические состояния представлены двумя разными уровнями напряжения, при этом любое напряжение ниже одного уровня рассматривается как логический «0», а любое напряжение выше другого уровня рассматривается как логическая «1».Так, например, если два уровня напряжения — 0 В и + 5 В, то 0 В представляет логический «0», а + 5 В представляет логическую «1».

Если входы цифрового логического элемента или схемы находятся за пределами диапазона, в котором они могут быть восприняты как вход логического «0» или логической «1», тогда цифровая схема может ложно сработать, как элемент или схема. не распознает правильное входное значение, так как HIGH может быть недостаточно высоким или LOW может быть недостаточно низким.

Например, рассмотрим цифровую схему слева.Два переключателя, «a» и «b», представляют входы для общего логического элемента. Когда переключатель «a» замкнут (ON), вход «A» соединен с землей (0 В) или логическим уровнем «0» (LOW), и аналогично, когда переключатель «b» замкнут (ON), вход «B» также подключен к земле, логический уровень «0» (НИЗКИЙ), и это правильное условие, которое нам необходимо.

Однако, когда переключатель «а» разомкнут (ВЫКЛ.), Какое значение будет иметь напряжение, приложенное к входу «А», ВЫСОКОЕ или НИЗКОЕ? Мы предполагаем, что это будет + 5В (ВЫСОКОЕ), поскольку переключатель «a» разомкнут и, следовательно, вход «A» не замкнут на землю, но это может быть не так.Поскольку вход теперь фактически не подключен к определенному ВЫСОКОМ или НИЗКОМУ состоянию, он имеет потенциал «плавать» в диапазоне от 0 В до + 5 В (Vcc), позволяя входу самосмещаться при любом уровне напряжения, независимо от того, представляет ли он ВЫСОКИЙ или НИЗКОЕ состояние.

Эта неопределенная ситуация может привести к тому, что цифровой вход в «A» останется на логическом уровне «0» (LOW), когда переключатель открыт, когда нам действительно нужна логическая «1» (HIGH), что приведет к ложному срабатыванию логического элемента. переключите выход на «Q». Также, оказавшись там, этот плавающий и слабый входной сигнал может легко изменить значение при малейших помехах или шумах от его соседних входов или даже может вызвать колебание, делая затвор практически непригодным для использования.То же самое и с переключением входа «B».

Затем, чтобы предотвратить случайное переключение цифровых схем, любые неподключенные входы, называемые «плавающими входами», должны быть привязаны к логической «1» или логическому «0» в зависимости от схемы. Мы можем легко сделать это, используя так называемые подтягивающие резисторы , и понижающие резисторы , чтобы придать входному выводу определенное состояние по умолчанию, даже если переключатель открыт, замкнут или к нему ничего не подключено. .

При создании цифровых электронных схем, как правило, у вас остается несколько запасных вентилей или защелок в одном корпусе ИС, или конструкция схемы приводит к тому, что используются не все входы вентилей с несколькими входами. Эти неиспользуемые логические входы могут быть связаны вместе или подключены к фиксированному напряжению, используя резистор высокого номинала либо к напряжению Vcc, известному как подтягивающее, либо через резистор низкого номинала к 0 В (GND), известному как подтягивающий. Эти неиспользуемые входы никогда не следует оставлять беспорядочными.

Подтягивающие резисторы

Наиболее распространенный метод обеспечения того, чтобы входы цифровых логических вентилей и схем не могли самосмещаться и плавать, состоит в том, чтобы либо подключить неиспользуемые контакты непосредственно к земле (0 В) для постоянного низкого входа «0» (ИЛИ и ИЛИ ИЛИ). вентили) или напрямую к Vcc (+ 5В) для постоянного высокого уровня «1» на входе (вентили И и И-НЕ). Хорошо, давайте снова посмотрим на наши два переключаемых входа сверху.

На этот раз, чтобы остановить два входа, A и B, от «плавающего» состояния, когда соответствующие переключатели «a» и «b» разомкнуты (ВЫКЛ.), Два входа подключены к источнику питания + 5V.

Вы можете подумать, что это будет работать нормально, так как когда переключатель «a» разомкнут (OFF), вход подключен к Vcc (+ 5V), а когда переключатель замкнут (ON), вход подключен к земле, как и раньше, тогда входы «A» или «B» всегда имеют состояние по умолчанию, независимо от положения переключателя.

Однако это плохое состояние, потому что, когда один из переключателей замкнут (ВКЛ), произойдет прямое короткое замыкание между источником питания + 5 В и землей, что приведет к чрезмерному протеканию тока либо срабатыванию предохранителя, либо к повреждению цепи, которая не хорошие новости.Один из способов решить эту проблему — использовать подтягивающий резистор, подключенный между входным контактом и шиной питания + 5 В, как показано.

Применение подтягивающего резистора

При использовании этих двух подтягивающих резисторов, по одному на каждый вход, когда переключатель «A» или «B» разомкнут (ВЫКЛ), вход эффективно подключается к шине питания + 5 В через подтягивающий резистор. В результате, поскольку на входе логического элемента очень мало входного тока, на подтягивающем резисторе падает очень небольшое напряжение, поэтому почти все напряжение питания +5 В подается на входной вывод, создавая ВЫСОКОЕ, логическое состояние « 1 ”состояние.

Когда переключатели «A» или «B» замкнуты, (ON) вход закорочен на землю (LOW), создавая состояние логического «0», как и раньше, на входе. Однако на этот раз мы не замыкаем шину питания, так как подтягивающий резистор пропускает через замкнутый переключатель только небольшой ток (в соответствии с законом Ома) на землю.

При использовании подтягивающего резистора таким образом, вход всегда имеет логическое состояние по умолчанию: «1» или «0», высокий или низкий, в зависимости от положения переключателя, таким образом достигается правильная функция вывода. затвора в точке «Q» и, следовательно, предотвращение плавающего или самосмещения входа дает нам именно то условие переключения, которое нам требуется.

Хотя соединение между Vcc и входом (или выходом) является предпочтительным методом использования подтягивающего резистора, возникает вопрос, как рассчитать значение сопротивления, необходимое для обеспечения правильной работы входа.

Расчет номинала подтягивающего резистора

Все цифровые логические вентили, схемы и микроконтроллеры ограничены не только своим рабочим напряжением, но и способностью принимать ток и источник питания каждого входного контакта. Цифровые логические схемы работают с использованием двух двоичных состояний, которые обычно представлены двумя различными напряжениями: высокое напряжение V _H для логической «1» и низкое напряжение V _L для логического «0».Но в каждом из этих двух состояний напряжения существует диапазон напряжений, который определяет верхнее и нижнее напряжения этих двух двоичных состояний.

Так, например, для серии цифровых логических вентилей TTL 74LSxxx показаны диапазоны напряжения, представляющие логический уровень «1» и логический уровень «0».

Где: В _{IH (мин.)} = 2,0 В — минимальное входное напряжение, которое гарантированно распознается как вход логической «1» (высокий), а В _{IL (макс.)} = 0,8 В — максимальное входное напряжение, гарантированное для распознаваться как вход логического «0» (низкий).

Другими словами, входные сигналы TTL 74LSxxx между 0 и 0,8 В считаются «НИЗКИМИ», а входные сигналы между 2,0 и 5,0 В считаются «ВЫСОКИМИ». Любое напряжение между 0,8 и 2,0 вольт не распознается как логическая «1» или логический «0».

Когда логические вентили соединены вместе, ток протекает между выходом одного логического элемента и входом другого. Величина тока, необходимого для входа базового логического элемента TTL, зависит от того, является ли вход логическим «0» (LOW) или логической «1» (HIGH), поскольку это создает действие источника тока для логического «0» и действие по снижению тока для логической «1».

Когда вход логического элемента ВЫСОКИЙ, ток течет на вход TTL, поскольку вход действует в основном как путь, подключенный непосредственно к земле. Этот входной ток I _{IH (макс.)} имеет положительное значение, поскольку он течет «в» вентиль, и для большинства входов TTL 74LSxxx имеет значение 20 мкА.

Аналогично, когда вход логического элемента LOW, ток течет из входа TTL, поскольку вход действует в основном как путь, подключенный непосредственно к Vcc. Этот входной ток I _{IL (макс.)} имеет отрицательное значение, поскольку он течет «из» затвора, и для большинства входов TTL 74LSxxx имеет значение -400 мкА, (-0.4 мА).

Обратите внимание, что значения ВЫСОКОГО и НИЗКОГО напряжений и токов различаются между семействами логики TTL, а также намного, намного ниже для семейств логики CMOS. Кроме того, требования к входному напряжению и току для микроконтроллеров, PIC, Arduino, Raspberry Pie и т. Д. Также будут отличаться, поэтому сначала ознакомьтесь с их техническими данными.

Зная информацию выше, мы можем рассчитать максимальное значение подтягивающего резистора, необходимое для одного логического элемента серии TTL 74LS, как:

Номинал повышающего резистора с одним затвором

Тогда, используя Закон Ома, максимальное подтягивающее сопротивление, необходимое для падения 3 В для одного логического элемента серии TTL 74LS, будет 150 кОм.Хотя это рассчитанное значение будет работать, оно не оставляет места для ошибки, поскольку падение напряжения на резисторе максимально, а входной ток минимален.

В идеале мы хотели бы, чтобы логическая «1» была как можно ближе к Vcc, чтобы гарантировать 100%, что затвор видит ВЫСОКИЙ (логическая 1) вход через подтягивающий резистор. Уменьшение значения сопротивления этого подтягивающего резистора даст нам больший предел погрешности, если допуск резистора или напряжение питания не будут такими, как рассчитано.Однако мы не хотим, чтобы значение резистора было слишком низким, поскольку это увеличивает ток в затвор, увеличивая рассеиваемую мощность.

Итак, если мы предположим, что падение напряжения на резисторе всего на один вольт (1,0 В) дает удвоенное входное напряжение при 4 вольтах, быстрый расчет даст нам значение одного подтягивающего резистора 50 кОм. Дальнейшее уменьшение значения сопротивления приведет к меньшему падению напряжения, но увеличит ток. Затем мы можем видеть, что, хотя может быть максимально допустимое значение сопротивления, значение сопротивления для подтягивающих резисторов обычно не так критично с приемлемыми значениями сопротивления в диапазоне от 10 кОм до 100 кОм.

Этот простой пример выше дает нам максимальное значение подтягивающего резистора, необходимого для смещения одного затвора TTL. Но мы также можем использовать тот же резистор для смещения нескольких входов до значения логической «1». Например, предположим, что мы построили цифровую схему и есть десять неиспользуемых входов логических вентилей. Поскольку один стандартный вентиль TTL 74LS имеет входной ток I _{IH (макс.)} 20 мкА (также называемый разветвлением 1), то для десяти логических вентилей TTL потребуется общий ток: 10 x 20 мкА = 200 мкА. представляет собой разветвление 10.

Таким образом, максимальное значение сопротивления подтягивающего резистора, необходимого для питания десяти неиспользуемых входов, будет рассчитано следующим образом:

Значение подтягивающего резистора с несколькими затворами

Здесь разветвление дано как 10, но если «n» входов TTL соединены вместе, то ток через сопротивление будет «n» раз I _{IH (макс.)} . Опять же, как и раньше, это сопротивление 15 кОм может быть точным расчетным значением, но не оставляет места для ошибки, поэтому уменьшение падения напряжения до одного вольта (или любого другого значения) дает значение сопротивления всего 5 кОм.

Пример №1 Подтягивающего резистора

Два входа TTL 74LS00 NAND вместе с однополюсным двухпозиционным переключателем должны использоваться для создания простого бистабильного триггера Set-Rest. Рассчитайте: 1). Максимальные значения подтягивающего резистора, если напряжение, представляющее ВЫСОКИЙ логический вход, должно поддерживаться на уровне 4,5 В при разомкнутом переключателе, и 2). Ток, протекающий через резистор, когда переключатель замкнут (предположим, что сопротивление контакта нулевое). Также нарисуйте схему.

Приведены данные: Vcc = 5 В, V _IH = 4.5 В и I _{IH (макс.)} = 20 мкА

1). Номинал подтягивающего резистора, R _MAX

2). Ток резистора, I _R

Бистабильная схема установки-сброса

Понижающие резисторы

A Понижающий резистор работает так же, как и предыдущий подтягивающий резистор, за исключением того, что на этот раз вход логических элементов связан с землей, логический уровень «0» (НИЗКИЙ) или он может перейти в ВЫСОКИЙ уровень из-за срабатывания механический переключатель.Эта конфигурация понижающего резистора особенно полезна для цифровых схем, таких как защелки, счетчики и триггеры, которые требуют положительного одноразового триггера, когда переключатель на мгновение замыкается, чтобы вызвать изменение состояния.

Хотя может показаться, что они работают так же, как и подтягивающий резистор, значение сопротивления пассивного понижающего резистора более критично для логических вентилей TTL, чем для аналогичных вентилей CMOS. Это связано с тем, что входные сигналы TTL намного больше выходят за пределы своего входа в состоянии LOW.

Из приведенного выше мы видели, что максимальный уровень напряжения, который представляет собой логический «0» (низкий) для логического элемента серии TTL 74LSxxx, находится в пределах от 0 до 0,8 В (V _{IL (MAX)} = 0,8 В). Также, когда LOW, затвор выдает ток до значения 400 мкА (I _IL = 400 мкА). Таким образом, максимальное значение понижающего резистора для одного логического элемента TTL рассчитывается как:

Номинальное значение понижающего резистора с одним затвором

Тогда максимальное значение сопротивления понижающего сопротивления рассчитывается как 2 кОм.Опять же, как и при расчетах подтягивающего резистора, это значение резистора 2 кОм не оставляет места для ошибки, поскольку падение напряжения максимальное. Таким образом, если сопротивление слишком велико, падение напряжения на понижающем резисторе может привести к входному напряжению затвора за пределами нормального диапазона НИЗКОГО напряжения, поэтому для обеспечения правильного переключения лучше иметь входное напряжение 0,5 В или меньше.

Следовательно, если мы предположим, что падение напряжения на резисторе составляет всего 0,4 В, быстрый расчет даст нам единичное значение сопротивления понижающего сопротивления 1 кОм.Дальнейшее уменьшение значения сопротивления приведет к меньшему падению напряжения, связывающему вход дальше с землей (низкое). Это значение из таблицы данных 400 мкА или 0,4 мА (I _IL ) является минимальным значением НИЗКОГО тока, но оно может быть выше.

Кроме того, соединение входов вместе приведет к большему току через резистор. Например, разветвление 10 приведет к 10 x 400 мкА = 4,0 мА, что потребует сопротивления понижающего сопротивления 100 Ом.

Но вы можете подумать, зачем вообще использовать понижающий резистор, если прямое соединение с землей (0 В) приведет к требуемому НИЗКОМУ ?.Прямое соединение с землей без понижающего резистора, безусловно, будет работать в большинстве случаев, но, поскольку вход затвора постоянно привязан к земле, использование резистора ограничивает ток, протекающий на входе, тем самым уменьшая потери мощности, сохраняя при этом состояние логического «0».

Выходы с открытым коллектором

До сих пор мы видели, что можем использовать либо подтягивающий резистор, либо понижающий резистор для управления уровнем напряжения логического элемента. Но мы также можем использовать подтягивающие резисторы на выходе затвора, чтобы обеспечить возможность подключения различных технологий затвора, например, TTL к CMOS или для приложений управления линиями передачи, которые требуют более высоких токов и напряжений.

Чтобы преодолеть это, некоторые логические вентили производятся с коллектором внутренней выходной схемы вентилей, оставленным открытым, что означает, что логический вентиль фактически не управляет выходом ВЫСОКОГО уровня, а только НИЗКОГО, поскольку это работа внешнего подтягивающего резистора. это. Одним из примеров этого является TTL 74LS01, четырехвходовой логический элемент NAND с 2 входами, который имеет выходы с открытым коллектором, в отличие от стандартного TTL 74LS00, Quad 2-входного логического элемента NAND.

Открытый коллектор, (OC) или открытый сток для CMOS, выходы обычно используются в ИС буфера / инвертора / драйвера (TTL 74LS06, 74LS07), что позволяет получить больший выходной ток и / или напряжение, чем при обычной логике. ворота.Например, для управления большой нагрузкой, такой как светодиодный индикатор, маленькое реле или двигатель постоянного тока. В любом случае принцип и использование подтягивающего резистора почти такие же, как и для входа.

Логические вентили, микроконтроллеры и другие подобные цифровые схемы, которые имеют выходы с открытым коллектором, не могут поднять свои выходы на ВЫСОКИЙ уровень, поскольку нет внутреннего пути к напряжению питания (Vcc). Это состояние означает, что их выход либо заземлен, когда НИЗКИЙ, либо плавающий, когда ВЫСОКИЙ, поэтому внешний подтягивающий резистор (Rp) должен быть подключен от вывода с открытым коллектором понижающего транзистора к источнику питания Vcc.

При подключенном подтягивающем резисторе выход по-прежнему работает так же, как и обычный логический вентиль, в том смысле, что когда выходной транзистор ВЫКЛЮЧЕН (открыт), выход ВЫСОКИЙ, а когда транзистор включен (закрыт), выход НИЗКИЙ. Таким образом, транзистор включается, чтобы перевести выходной сигнал на НИЗКИЙ уровень.

Размер подтягивающего резистора зависит от подключенной нагрузки и падения напряжения на резисторе, когда транзистор выключен. Когда на выходе низкий уровень, транзистор должен пропускать ток нагрузки через подтягивающий резистор.Точно так же, когда выход ВЫСОКИЙ, ток через подтягивающий резистор должен быть достаточно высоким для всего, что к нему подключено.

Как мы видели ранее с входом, выход цифрового логического элемента работает с использованием двух двоичных состояний, которые представлены двумя различными напряжениями: высокое напряжение V _H для логической «1» и низкое напряжение V _L для логики. «0». В каждом из этих двух состояний напряжения существует диапазон напряжений, который определяет их верхнее и нижнее напряжения.

В _{OH (мин.)} — это минимальное выходное напряжение, которое гарантированно распознается как выход логической «1» (ВЫСОКИЙ), а для TTL это значение составляет 2,7 вольт. V _{OL (max)} — это максимальное выходное напряжение, которое гарантированно распознается как выход логического «0» (LOW), а для TTL оно задается как 0,5 вольт. Другими словами, выходное напряжение TTL 74LSxxx от 0 до 0,5 В считается «НИЗКИМ», а выходное напряжение от 2,7 до 5,0 В считается «ВЫСОКИМ».

Таким образом, при использовании логических вентилей с открытым коллектором значение требуемого подтягивающего резистора определяется по следующему уравнению:

Значение подтягивающего резистора с открытым коллектором

Где значения для NAND с открытым коллектором 7401 даны как: Vcc = 5V, V _OL = 0.5 В и I _{OL (макс.)} = 8 мА. Обратите внимание, что важно рассчитать подходящий подтягивающий резистор Rp, поскольку ток через резистор не должен превышать I _{OL (макс.)} .

Ранее мы говорили, что логические вентили с открытым коллектором идеально подходят для управления нагрузками, требующими более высоких уровней напряжения и тока, такими как светодиодный индикатор. Шестнадцатеричный буфер / драйвер инвертора TTL 74LS06 имеет номинал I _{OL (макс.)} , равный 40 мА (вместо 8 мА для 74LS01), и номинальный ток V _{OH (макс.)} , равный 30 вольт вместо обычных 5 вольт (но Сама ИС ДОЛЖНА использовать источник питания 5 В).Тогда 74LS06 позволит нам управлять нагрузкой с током до 40 мА.

Подтягивающий резистор, Пример №2

Шестигранный драйвер инвертора 74LS06 требуется для управления одним красным светодиодным индикатором от источника питания 12 В. Если для светодиода требуется 15 мА при падении напряжения 1,7 В, а напряжение V _OL инвертора HEX при полном включении составляет 0,1 вольт, рассчитайте значение резистора ограничения тока, необходимого для управления светодиодом.

Мы можем использовать драйверы с открытым коллектором аналогичным образом для управления небольшими электромеханическими реле, лампами или двигателями постоянного тока, поскольку для правильной работы этим устройствам обычно требуется 5 В или 12 В или более при токе примерно от 10 до 20 мА.

Два или более выхода с открытым коллектором затворов TTL могут быть напрямую соединены вместе и связаны через один внешний подтягивающий резистор. Результатом является то, что выходы эффективно объединяются вместе, поскольку комбинация ведет себя так, как если бы вентили были подключены к логическому элементу И. Этот тип конфигурации называется проводной логикой И.

Сводка по подтягивающему резистору

В этом руководстве мы видели в этом руководстве о пассивных подтягивающих и понижающих резисторах, которые, когда остаются разомкнутыми, входы цифровых логических вентилей могут самосмещаться или плавать до любого логического уровня, который они выбирают, и могут возникать многие ошибки переключения. прослеживается до неподключенных и плавающих входных контактов.

Подтягивающий резистор соединяет неиспользуемые входные контакты (логические элементы И и И-НЕ) с напряжением питания постоянного тока (Vcc), чтобы поддерживать данный вход ВЫСОКИМ. Понижающий резистор соединяет неиспользуемые входные контакты (логические элементы ИЛИ и ИЛИ НЕ) с землей (0 В), чтобы поддерживать данный вход НИЗКОГО уровня. Значение сопротивления подтягивающего резистора обычно не так критично, но оно должно поддерживать напряжение на входном контакте выше V _IH . Обычно используются подтягивающие резисторы 10 кОм, но их значения могут находиться в диапазоне от 1 кОм до 100 кОм.

немного более важны из-за низкого уровня входного напряжения, V _{IL (макс.)} и более высокого тока I _IL .Чаще всего используются понижающие резисторы 100 Ом, но они могут иметь значение сопротивления от 50 до 1 кОм.

Цифровые логические вентили с выходами с открытым коллектором (в случае логики TTL) или выходами с открытым стоком (в случае логики CMOS) необходимо подключить к внешнему подтягивающему резистору между их выходным контактом и источником питания постоянного тока. питание, чтобы логический вентиль выполнял намеченную логическую функцию.

Преимущество использования вентилей с открытым коллектором / открытым стоком заключается в их способности переключать более высокие напряжения и токи или в их способности обеспечивать работу проводного И.Некоторые вентили с открытым коллектором, такие как 74LS06, способны управлять большими нагрузками, поскольку их выходы могут быть подключены к источникам питания до 30 В через внешний подтягивающий резистор.

— Основы схемотехники

Если вы посмотрите любую цифровую электронную схему, вы в основном найдете в них подтягивающие и понижающие резисторы.Они используются для правильного смещения входов цифровых вентилей, чтобы они не могли беспорядочно перемещаться, когда нет условий входа. Для любого микроконтроллера во встроенной системе, такой как Arduino, подтягивающие и понижающие резисторы используют входные и выходные сигналы для связи с внешними аппаратными устройствами, входной выход общего назначения (GPIO). Использование в схеме подтягивающих и понижающих резисторов позволит вам достичь «высокого» или «низкого» состояния. Если вы не реализуете его и к вашим контактам GPIO ничего не подключено, ваша программа будет считывать состояние «плавающего» импеданса.

Подтягивающий резистор используется для создания дополнительного контура над критически важными компонентами, обеспечивая при этом четкое определение напряжения даже при разомкнутом переключателе. Он используется для обеспечения подтягивания провода к высокому логическому уровню при отсутствии входного сигнала. Это не особый резистор. Это простые резисторы с фиксированным значением, подключенные между источником напряжения и соответствующим выводом, который определяет входное или выходное напряжение в отсутствие управляющего сигнала.Когда переключатель разомкнут, напряжение на входе затвора повышается до уровня входного напряжения. Когда переключатель замкнут, входное напряжение на затворе идет прямо на землю. Вам необходимо использовать подтягивающий резистор, когда у вас низкое значение импеданса по умолчанию и вы хотите поднять сигнал на «высокий».

На приведенном выше рисунке подтягивающий резистор с фиксированным значением использовался для подключения источника напряжения и конкретного вывода в цифровой логической схеме.Подтягивающий резистор соединен с переключателем, чтобы обеспечить активное управление напряжением между землей и VCC, когда переключатель разомкнут. При этом на состояние цепи это никак не повлияет. Если мы не будем использовать подтягивающий резистор, это приведет к короткому замыканию. Это связано с тем, что контакт не может быть напрямую замкнут на землю или VCC, так как это в конечном итоге приведет к повреждению цепи. Следуя принципу закона Ома, при наличии подтягивающего сопротивления небольшой ток будет течь от источника к резисторам и к переключателю, прежде чем достигнет земли.

С другой стороны, понижающий резистор используется для обеспечения того, чтобы входы в логические системы устанавливались на ожидаемых логических уровнях всякий раз, когда внешние устройства отключены или имеют высокий импеданс. Это гарантирует, что провод находится на определенном низком логическом уровне, даже когда нет активных соединений с другими устройствами. Понижающий резистор удерживает логический сигнал около нуля вольт (0 В), когда никакое другое активное устройство не подключено. Он снижает входное напряжение до земли, чтобы предотвратить неопределенное состояние на входе.Он должен иметь большее сопротивление, чем полное сопротивление логической схемы. В противном случае он сделает входное напряжение на выводе постоянным логическим низким значением независимо от положения переключателя. Когда переключатель разомкнут, напряжение на входе затвора снижается до уровня земли. Когда переключатель замкнут, входное напряжение на затворе переходит в Vin. Без резистора уровни напряжения фактически колебались бы между двумя напряжениями.

Как и подтягивающий резистор на первом рисунке, подтягивающие резисторы в этой схеме также обеспечивают активное управление напряжением между VCC и выводом микроконтроллера, когда переключатель разомкнут.В отличие от подтягивающего резистора, подтягивающий резистор подтягивает вывод к низкому значению вместо высокого значения. Понижающий резистор, который подключен к земле или 0 В, устанавливает вывод цифрового логического уровня на значение по умолчанию или 0, пока переключатель не будет нажат и вывод логического уровня не станет высоким. Следовательно, небольшое количество тока течет от источника 5 В на землю с использованием замкнутого переключателя и понижающего резистора, предотвращающего короткое замыкание вывода логического уровня с источником 5 В.

При выборе номинала подтягивающего резистора необходимо учитывать два момента:

Когда кнопка нажата, входной штифт опускается до низкого уровня.Значение резистора рядом с источником питания определяет, какой ток вы хотите протекать от VCC через кнопку, а затем на землю. Если значение сопротивления слишком низкое, через подтягивающий резистор будет протекать большой ток. Это может привести к ненужному потреблению энергии даже при замкнутом переключателе, поскольку устройство будет нагреваться. Это состояние называется сильным подтягиванием , и его всегда следует избегать, когда требуется низкое энергопотребление.

• Напряжение на контакте при разомкнутом переключателе

Когда кнопка не нажата, входной контакт вытягивается высоко.Значение подтягивающего резистора контролирует напряжение на входном контакте. Когда переключатель разомкнут и высокое значение подтягивающего сопротивления сочетается с большим током утечки из входного контакта, входное напряжение может стать недостаточным. Это называется слабым подтягиванием . Фактическое значение подтягивающего резистора зависит от импеданса входного вывода, который тесно связан с током утечки вывода.

Исходя из двух вышеуказанных условий, для подтягивающих резисторов , , , необходимо использовать резистор, который как минимум в 10 раз меньше, чем значение импеданса входного контакта.Для логических устройств, работающих от 5 В, типичное значение подтягивающего резистора должно быть в пределах 1-5 кОм. С другой стороны, для применений с переключателями и резистивными датчиками типичное значение подтягивающего резистора должно быть в пределах 1-10 кОм.

Для понижающих резисторов он всегда должен иметь большее сопротивление, чем импеданс логической схемы. В противном случае он будет слишком сильно понижать напряжение, и входное напряжение на выводе будет оставаться на постоянном логическом низком уровне независимо от того, включен или выключен переключатель.

— Подключение двухпозиционного переключателя с резистором к SoC

Обратите внимание: хотя этот вопрос касается Raspberry Pi (далее RPi ), это действительно чисто электронный вопрос в глубине души!

Я пытаюсь подключить свой RPi 1 Model A к макетной плате с помощью одного простого переключателя на нем. Особенность здесь в том, что, хотя я использую как переключатель включения-выключения-включения-выключения, я просто хочу, чтобы он работал как обычный (вкл-выкл) переключатель.То есть: нажмите один раз, цепь замкнется и отправит входной сигнал на мой RPi. Нажмите еще раз, и цепь разомкнется. Промыть и повторить.

Мне дали эту схему для подключения:

Затем я впоследствии, , сделал вывод в моем собственном исполнении, которое более четко показывает соединение левого и правого контактов переключателя вместе (что придает ему желаемое поведение включения-выключения), а также то, как подключить питание 3,3 В к RPi. к входному контакту GPIO:

Итак, если что-то из вышеперечисленного кажется вам неправильным или неправильным, пожалуйста, начните с исправления меня!

Предполагая, что я нахожусь на правильном пути, теперь я пытаюсь подключить на самом деле в реальной жизни, между моим RPi и моей макетной платой.Вот моя лучшая попытка:

Не обращайте внимания на светодиод и резисторы в правом нижнем углу макета, они остались от другого эксперимента и ни к чему еще не подключены.

• Итак, в верхнем левом углу у нас есть источник питания 3,3 В от RPi, подключенный к самой верхней шине на макетной плате через красную перемычку; затем
• Красная перемычка меньшего размера направляет питание на колонку, которая затем подключается к резистору 10 кОм; подробнее об этом через секунду

Слева на фото выше у нас есть переключатель, вот лучше посмотрите на проводку / настройку:

• Обратите внимание на маленькую оранжевую перемычку, соединяющую левый и правый контакты переключателя; Я считаю, что это то, что выполняет режим включения-выключения-включения-выключения, который я ищу
• Тот же столбец, который соединяет левый и правый контакты (через оранжевую перемычку), также подключен к красной перемычке, которая также подключена к тому же резистору 10 кОм, о котором мы говорили выше
• Наконец, средний контакт коммутатора подключен к шине GND через черную перемычку

Это подводит нас к центру бортовой доски, где висит тот большой толстый резистор 10 кОм:

• Резистор подключает питание RPi к переключателю (оба контакта одновременно)
• Резистор также подключается обратно к входному контакту GPIO через серую перемычку

Напоследок вопрос!

Помните, в конце концов, все, что я хочу сделать, это:

• Преобразуйте этот выключатель-выключатель в выключатель
• Когда пользователь нажимает переключатель (замыкает его), соответствующий сигнал отправляется на входной контакт GPIO, который затем обрабатывается на уровне программного обеспечения

Итак, я спрашиваю: будет ли моя схема выполнять следующее поведение? Правильно ли он подключен (правильное соединение проводов, правильное использование резистора и т. Д.)? Или это «поджарит мой пи» ?! Если что-то не так, какое исправление / решение?

Обновление

Несколько пользователей указали мне, что моя проводка вокруг коммутатора неправильная, вот диаграмма Фритзинга того, что, по моему мнению, :

Финальное обновление

Проводка, когда я устанавливаю внутренний контактный резистор на программном уровне и опускаю резистор на макетной плате:

  В = I x R 
  R = V / I  

  R  подтягивание  = (напряжение питания  V  - V  H (мин) ) / I  раковина   

  R  подтягивание  = (V  L (макс) -0) / I  источник