上拉电阻的工作原理和阻值选择

在构建电路时，常会使用到上拉电阻，我们经常在一些数字电路中看到它。它只是一个电阻，从输入端连接到电路的正电源VDD。如下图所示：

上拉电阻用于确保在未按下按钮时输入引脚处于高电平状态。如果没有这颗电阻，那么输入电压将是浮动的，并且会伴随着输入在HIGH和LOW之间随机变化的风险，此外它会产生噪声。

一、如何选择上拉电阻值？

规则一：值不能太高。

上拉值越高，输入电压越低。重要的是要让电压足够高，使芯片将其视为HIGH或逻辑1输入。例如，如果使用带有10V电源的CD4017，则输入端至少需要7V才能将其视为高电平。

规则二：也不能太小。

例如，如果选择100Ω，问题是按下按钮时会有大量电流流过它。例如，使用9V电源，接上100Ω的电阻，那么电流为90mA。这是不必要的功耗浪费，这也意味着电阻器需要承受0.81W的功率。值得注意的是，大多数电阻器只能承载高达0.25W的功率。

二、得出的结论

选择上拉电阻时的经验法则是选择至少比引脚输入阻抗（或内阻）小10倍的电阻值。通常，一个10kΩ的上拉值就可以解决问题。

三、上拉电阻如何工作？

我们可以将集成电路 (IC) 的输入引脚视为具有接地的电阻器。这称为输入阻抗：

这两个电阻组成了一个分压器。如果查看标准分压器电路，可以看到上拉电阻为R1，输入阻抗为R2：

我们可以使用分压器公式找到未按下按钮时输入引脚上的电压：

下面重命名了公式的组成部分以适应上拉示例。输入电压为上拉示例中的VDD 。输出电压是输入引脚上的电压。于是公式就变成了：

示例计算

假设您的芯片的输入阻抗为1MΩ（对于许多芯片来说，100kΩ到1MΩ是正常的）。如果您的电源是9V，并且您选择了一个10kΩ 的上拉电阻，那么输入引脚上的电压是多少？

输入引脚上的电压为 8.9V，足以充当高电平输入。

一般来说，如果坚持使用不超过输入阻抗十倍的上拉电阻器的经验法则，将确保必须具有至少90%的VDD电压输入引脚。

如何找到IC的输入阻抗？

我们可以很容易地测量出芯片的输入阻抗。阻抗实际上是电阻的一个术语，它可以根据频率而变化。但是对于这种上拉情况，我们只处理直流电流。

将例如10kΩ的上拉电阻连接到芯片的输入端，并测量输入端的电压。

假设你测量时得到8.5V。那么，通过欧姆定律就能计算流过电阻器的电流。电阻两端的电压降为9V–8.5V=0.5V，因此将得到：

有0.05mA电流流过电阻器，因此也通过输入引脚下降到地。再次，使用欧姆定律找出电压降为8.5V和电流为0.05mA的物体的电阻：

输入阻抗为170kΩ。这意味着该输入的上拉电阻不应超过17kΩ。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“上拉电阻的工作原理和阻值选择”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。