Tire hacia abajo las resistencias

En mi búsqueda por comprender la ingeniería eléctrica, me topé con este tutorial:

http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson5.html

He entendido los diagramas hasta que llegué a los interruptores. No estoy seguro de cómo funcionan los interruptores en el tablero o los diagramas. Este es el específico en el que estoy pensando (este es un resistor desplegable):

La implementación es:

Según el diagrama, lo que creo que está sucediendo es: la energía va al interruptor, si el botón está arriba, entonces el circuito no está completo. Si se presiona el botón, la corriente toma el camino de menor resistencia al pin2 porque tiene más fuerza (100ohm <10kohm).

La forma en que se describe en el tutorial suena como cuando el botón está arriba, el circuito aún está completo, pero la resistencia de 10k ohmios lleva la energía al suelo. No estoy seguro de cómo o por qué si tanto los 10k ohmios como los 100ohm reciben la misma corriente, la corriente se tiraría al suelo a través de una resistencia mayor que la que está abierta al pin 2.

En primer lugar, olvide la resistencia de 100 Ω por ahora. No es necesario para el funcionamiento del botón, solo está allí como protección en caso de que cometa un error de programación.

• Si se presiona el botón, P2 se conectará directamente a +5 V, por lo que se verá como un nivel alto, siendo "1".
• Si se suelta el botón, los +5 V ya no cuentan, solo hay 10 kΩ entre el puerto y la tierra.

$\times$

Ahora la resistencia de 100 Ω. Si accidentalmente hiciera la salida del pin y lo pusiera bajo, presionar el botón causará un cortocircuito: el microcontrolador establece 0 V en el pin y el interruptor +5 V en el mismo pin. Al microcontrolador no le gusta eso, y el IC puede estar dañado. En esos casos, la resistencia de 100 Ω debería limitar la corriente a 50 mA. (Que todavía es un poco demasiado, una resistencia de 1 kΩ sería mejor).

Como no fluirá corriente a un pin de entrada (aparte de la baja fuga), apenas habrá caída de voltaje a través de la resistencia.

El 10 kΩ es un valor típico para un pull-up o pull-down. Un valor más bajo le dará incluso una caída de voltaje más baja, pero 10 mV o 1 mV no hace mucha diferencia. Pero hay algo más: si se presiona el botón, hay 5 V a través de la resistencia, por lo que fluirá una corriente de 5 V / 10 kΩ = 500 µA. Eso es lo suficientemente bajo como para no causar ningún problema, y ​​de todos modos no mantendrá el botón presionado durante mucho tiempo. Pero puede reemplazar el botón con un interruptor, que puede estar cerrado durante mucho tiempo. Entonces, si hubiera elegido un pull-down de 1 kΩ, tendría 5 mA a través de la resistencia siempre que el interruptor esté cerrado, y eso es un desperdicio. 10 kΩ es un buen valor.

Tenga en cuenta que puede invertir esto para obtener una resistencia pull-up y cambiar a tierra cuando se presiona el botón.

Esto invertirá su lógica: presionar el botón le dará un "0" en lugar de un "1", pero el funcionamiento es el mismo: presionar el botón hará que la entrada sea 0 V, si suelta el botón la resistencia conectará el entrada al nivel de +5 V (con una caída de voltaje insignificante).

Esta es la forma en que generalmente se hace, y los fabricantes de microcontroladores tienen esto en cuenta: la mayoría de los microcontroladores tienen resistencias pull-up internas, que puede activar o desactivar en el software. Si usa el pull-up interno, solo necesita conectar el botón a tierra, eso es todo. (Algunos microcontroladores también tienen menús desplegables configurables, pero estos son mucho menos comunes).

Tenga en cuenta que el interruptor no es un dispositivo elegante que toma energía y crea alguna señal de salida; en cambio, piense en él como un cable que solo está agregando o quitando del circuito presionando el botón.

Si el interruptor está desconectado (no presionado), el único camino posible para la corriente es a P2través de ambas resistencias a tierra. Por lo tanto, el microcontrolador leerá un LOW.

Si el interruptor está conectado (presionado):

• La corriente viaja desde la fuente de alimentación a través del interruptor

• Parte de la corriente viaja a través de la resistencia de 100 ohmios P2. El microcontrolador leerá ALTO.

• Una pequeña cantidad de corriente fluirá a través de la resistencia de 10 Kohm a tierra. Esto es básicamente energía desperdiciada.

Tenga en cuenta que la resistencia de 100 ohmios está ahí para limitar la corriente máxima que entra P2. Normalmente no se incluye en un circuito como este, porque la P2entrada del microcontrolador ya es de alta impedancia y no absorberá mucha corriente. Sin embargo, incluir la resistencia de 100 ohmios es útil en caso de que su software tenga un error o un error lógico que haga que intente utilizarlo P2como salida. En ese caso, si el microcontrolador está tratando de conducir P2bajo pero el interruptor está en cortocircuito y lo conecta a alto, posiblemente dañe el pin del microcontrolador. Para estar seguro, la resistencia de 100 ohmios limitaría la corriente máxima en ese caso.

Cuando presiona el botón, coloca un nivel lógico alto (+5 V) en la entrada. Pero si omite la resistencia y se suelta el botón, entonces el pin de entrada simplemente estaría flotando, lo que en HCMOS significa que el nivel no está definido. Eso es algo que no desea, por lo que baja la entrada a tierra con la resistencia. Se requiere la resistencia porque, de lo contrario, presionar el botón provocaría un cortocircuito.

La entrada es de alta impedancia, lo que significa que apenas fluirá corriente a través de ella. La corriente cero a través de la resistencia significa voltaje cero a través de ella (Ley de Ohm), por lo que los 0 V en un lado también serán 0 V (o muy cerca) en el pin de entrada.

Esta es una forma de conectar un botón, pero también puede cambiar la resistencia y el botón, de modo que la resistencia llegue a +5 V y el botón a tierra. La lógica se invierte: presionar el botón dará un nivel bajo en el pin de entrada. Sin embargo, esto a menudo se hace, porque la mayoría de los microcontroladores tienen resistencias pull-up incorporadas, por lo que solo necesita el botón, la resistencia externa se puede omitir. Tenga en cuenta que es posible que deba habilitar el pull-up interno.

Ver también esta respuesta .

La resistencia de 10kohm se llama resistencia pull-down porque, cuando el nodo "verde" (al conectar las resistencias de 100ohm y 10kohm) no está conectado a + 5V por el interruptor, ese nodo se conecta a tierra (suponiendo una corriente baja a través de esa rama obviamente. Cuando el interruptor está cerrado, ese nodo gana un potencial de + 5V.

Esto se usa para controlar las entradas de los circuitos integrados lógicos (compuertas AND, compuertas OR, etc.), ya que estos circuitos se comportarán de manera errática si no hay un valor determinado en sus entradas (un valor 0 o 1). Si deja la entrada de una puerta lógica flotante, la salida no puede determinarse de manera confiable, por lo tanto, es recomendable aplicar siempre una entrada determinada (un 0 o un 1, nuevamente) a la entrada de la puerta. En este caso, P2 sería una entrada a una puerta lógica específica, y cuando el interruptor está abierto, tiene un valor de entrada de 0 (GND); cuando el interruptor está cerrado, tiene un valor de entrada de 1 (+ 5V).

la corriente toma el camino de menor resistencia

No estoy seguro de dónde viene este concepto erróneo común, pero de hecho está mal, ya que contradice directamente la ley de Ohm. La corriente toma todos los caminos posibles , inversamente proporcionales a su resistencia. Si aplica 5V a una resistencia de 10k, fluirá 0.5mA a través de ella, independientemente de cuántas rutas alternativas (de baja resistencia o de otro tipo) proporcione.

Por cierto, ese camino a través de la resistencia de 100 ohmios no es necesariamente la "menor resistencia", ya que la resistencia no está conectada a tierra . Por lo general, conectaría esa resistencia a una entrada de MCU con una impedancia> 10 MOhm, haciendo que la resistencia de 10k sea la ruta de menor resistencia.

La razón por la que se requiere la resistencia desplegable es que el microcontrolador es un dispositivo CMOS y, por lo tanto, el pin de entrada es en última instancia la puerta de un MOSFET.

Si su botón pulsador controlara una bombilla o un LED o un relé, no necesitaría una resistencia desplegable porque un circuito abierto estaría "apagado". Cuando se soltó el botón, la bombilla se apagaría porque no fluiría corriente.

Si su dispositivo fuera una verdadera parte TTL como los chips lógicos originales de la serie 7400, no necesitaría la resistencia pulldown porque esas entradas serían transistores bipolares y cuando se soltara el botón no fluiría corriente a través de la unión del emisor base y la entrada sería "apagado".

En contraste, la entrada de su microcontrolador es una puerta MOSFET que actúa como un condensador. Cuando el voltaje de la puerta es lo suficientemente alto, la entrada está "encendida". Eso sucede cuando presiona el botón y la corriente fluye a través de la resistencia 100R hacia el microcontrolador. La puerta se carga (muy rápidamente) como un condensador y la entrada se "enciende". ¿Qué sucede cuando sueltas el botón? No más flujos de corriente. Pero, ¿qué significa eso para la entrada? Si no hay resistencia desplegable, la carga en la puerta no tiene a dónde ir. El voltaje se quedará allí cerca de 5V y la entrada seguirá "encendida". La resistencia desplegable drena la carga de la compuerta para que su voltaje caiga por debajo del nivel "encendido". Eso es lo que desea asegurarse de que la entrada digital se considere "apagada".

Puede experimentar con esto conectando dos botones a su pin de entrada. Ate uno a 5V y uno a tierra. Cuando presiona el botón de 5V, la entrada se encenderá. Cuando lo suelte, permanecerá encendido hasta que presione el que está conectado a GND.