Experimentar con resistencias de subida / bajada da resultados inesperados

4

El artículo de wikipedia sobre resistencias pull-up / down proporciona esta imagen:

juntoconuntextoexplicativo:

  

...elcircuitomostrado[enlaimagen]usaunnivellógicode5V  Entradasparaaccionarunrelé.Silaentradasedejadesconectada,desplegable  LaresistenciaR1garantizaquelaentradasereduzcaaunnivellógicobajo.los  Eldispositivo7407TTL,unbúferdecolectorabierto,simplementegeneraloquesea  recibecomoentrada,perocomoundispositivocolectorabierto,lasalidasedeja  efectivamentedesconectadocuandoseemiteun"1". Resistencia pull-up R2   por lo tanto, arrastra la salida hasta 12 V cuando el búfer genera una salida   "1", que proporciona suficiente voltaje para activar el MOSFET de potencia hasta el final   y accionar el relé.

Tenía suficientes componentes disponibles para construir este circuito (en su mayoría) y estoy viendo algunos resultados inesperados cuando lo mido. Así que me gustaría describir lo que estoy viendo y hacer algunas preguntas al respecto.

Primero, puse un chip Texas Instruments SN7407N en una placa de pruebas y lo encendí con un suministro de 5V. Este chip nombra el lado de entrada del búfer A y la salida Y.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

En este punto, si conecto un voltímetro al circuito en el punto A (entre A y GND ), se lee aproximadamente 1.9V. La hoja de datos para el 7407 indica que un nivel bajo debe ser 0.8V y un nivel alto se 2V. Entonces 1.9V está en algún punto intermedio e indeterminado. Como no he conectado nada a A , tener un valor indeterminado en este punto parece razonable.

Extrañamente, si mido el voltaje en Y , se lee 1.4V.

P: si se supone que la salida de un búfer debe reflejar su entrada, ¿por qué no lee el mismo 1.9V como A ? Tal vez no debería preocuparme ya que A y Y no están conectados a nada, pero me gusta entender qué sucede cuando es posible.

El artículo de wikipedia dice:

  

Si la entrada se deja desconectada, la resistencia desplegable R1 garantiza que la entrada se reduzca a un nivel lógico bajo.

Entonces, lo siguiente que hice fue conectar una resistencia desplegable de 5.1k co R1 a A así:

simular este circuito

Ahora, cuando mido el voltaje en A , el medidor lee 1.6V (una caída de .3V).

P: Como se supone que la resistencia desplegable crea un nivel bajo en la entrada del búfer, ¿por qué no muestra algo más cercano a 0V en A ?

La medición en Y ahora muestra .9V, que mantiene aproximadamente la diferencia de .5V que vi cuando no se conectaba nada, pero el voltaje en Y todavía parece ser demasiado alto para presentar una condición realmente baja.

Soy consciente de que el búfer es un colector abierto, y ahora me pregunto si la razón por la que veo resultados inesperados es porque Y no está conectado a nada.

Entonces, ato un resistor pull-up R2 a Y así:

simular este circuito

Ahora, cuando mido el voltaje en A , todavía se lee alrededor de 1.6V. Sin embargo, el voltaje en Y ahora es 5V! ¿Esto representa un nivel lógico alto (ya que es mayor que 2 V), o hay un error en la forma en que lo conecté todo ya que ahora refleja exactamente el VCC voltaje?

Me doy cuenta de que no he terminado el circuito exactamente como se muestra en la parte superior de Wikipedia (es decir, no hay ningún FET o relé de canal N conectado), pero los valores que veo por medición ya no tienen sentido.

¿Debería haber conectado el resto antes de escribir esta pregunta? Si la respuesta es sí, creo que estaré aún más confundido porque eso implica que la carga dicta los valores lógicos (lo que, por supuesto, no debería). Pensé que debería poder establecer estados claros simplemente con el uso de resistencias pull-up / down.

¡Gracias!

    
pregunta par

3 respuestas

11

Desde una hoja de datos de TI, este es el circuito equivalente para un búfer 7407:

Tengaencuentaquelaentradatieneunaimpedanciarelativamentebaja(conundesplazamientode6kaVccatravésdelaunióndelabasedelemisor(quesepareceefectivamenteaundiodo)deltransistormostrado).Lahojadedatosdicequerequiere1.6mAparatirarlaentradabaja(parámetroIIL).Estaesunagrancantidaddecorrienteencomparaciónconlospocosmicroamperios,nanoamperiosopicoamperiostípicosdeCMOSuotrasentradasdealtaimpedancia.

  

P:Dadoquesesuponequelaresistenciadesplegablecreaunnivelbajoenlaentradadelbúfer,¿porquénomuestraalgomáscercanoa0VenA?

Unaresistenciadesplegablede5.1kesdemasiadograndeparabajarlaentradadebajaimpedancia.Con1.6mAfluyendoatravésde5.1k,lacaídadevoltaje(calculadaatravésdelaleydeOhm)seríade8.16voltios.Parabajarlaentradapordebajode0,8voltios,necesitaríaunaresistenciade500Ohmomáspequeña.Yosugeriríaprobar330Ohms.

  

P:Sisesuponequelasalidadeunbúferreflejasuentrada,¿porquénoleeelmismo1.9VqueA?

Lasalidaesflotante.Elvoltajequeestásmidiendoessolounacargaperdida.Amenosquelasalidaseaderribadaactivamenteporel7407oporuncircuitoexterno,flotará.

Además,solodebería"reflejar" su entrada en términos de estado lógico, no de voltaje. Cuando la entrada se lleva a un nivel lógico bajo (por debajo de 0,8 V), el transistor de salida está completamente encendido. Cuando la entrada está en un nivel lógico alto (por encima de 2 V), el transistor de salida está completamente apagado. A voltajes de entrada entre 0,8 V y 2 V, el transistor de salida puede estar completamente encendido o completamente apagado o parcialmente encendido.

    
respondido por el ken
5

El 7407 no es un búfer analógico, por lo que los únicos voltajes de entrada de interés son los voltajes que garantizarán que la salida esté ENCENDIDA o APAGADA.

De acuerdo con la hoja de datos, la tensión de entrada que garantiza una salida DESACTIVADA a tierra es de 0,8 voltios o menos, y la tensión que garantiza una salida de colector abierto ACTIVADA - es de 2,0 voltios o más.

Mirando el esquema de la hoja de datos, puedes ver que el emisor del transistor de entrada está flotando, mientras que su base se eleva a Vcc internamente, y si sigues la cadena, verás que eventualmente la salida del búfer será forzado en su estado de colector abierto con el circuito abierto / flotante del emisor.

Para apagar la salida, entonces, el emisor del primer transistor debe acercarse lo suficiente a la tierra para revertir la cadena de eventos a través del búfer, y esto se hace de manera inequívoca al bajar el emisor a 0,8 voltios o menos .

El precio por hacer eso es 1.6 mA fuera del emisor, por lo tanto, teniendo en cuenta la ley de Ohm, podemos resolver el resistor desplegable como este:

$$ \ R = \ frac {E} {I} = \ frac {0.8V} {1.6 mA} = 500 \ Omega $$

y llegue a la conclusión de que la razón por la que el búfer no cambiaba era porque el valor de su despliegue de entrada era demasiado grande para permitir 1.6 mA y, por lo tanto, la caída a través de él fue superior a 0.8 voltios.

Una advertencia: sin una realmente razón convincente para hacerlo, las entradas TTL más antiguas nunca deben bajarse silenciosamente a una lógica baja con una resistencia y luego ser activadas a un nivel alto forzando la resistencia a 2 voltios Umbral debido a la energía desperdiciada en el pulldown para hacer eso.

Si una entrada debe mantenerse baja, entonces debe ser activada por otra compuerta o un transistor y, si se usa un transistor, la entrada lógica del chip debe estar ligeramente presionada hacia arriba a Vcc - aunque el valor predeterminado es alto, para aumentar la inmunidad al ruido del circuito cuando el transistor se abre en colector.

    
respondido por el EM Fields
2

Un poco fuera del tema, pero aquí hay un artículo muy interesante sobre cómo funciona el búfer TTL que podría ayudar a arrojar algo de luz sobre esto también:

enlace

    
respondido por el Andrew Willshire

Lea otras preguntas en las etiquetas