Se necesita una explicación heurística del uso de una resistencia pull-up (o pull-down)

Primero, reconozco que hay varias preguntas con respecto a este tema en el foro, sin embargo, las respuestas suponen que se tiene demasiado conocimiento de la electrónica para ser útil para un verdadero principiante (como yo). Dicho esto, si elige responder, limite sus respuestas a explicaciones heurísticas (no técnicas).

Mi comprensión de una resistencia pull-up es garantizar una carga constante en una línea, en lugar de una línea desconectada, que podría ser víctima de campos eléctricos y luego producir ruido. El ruido podría interpretarse como una señal de entrada y causar resultados inesperados desde su dispositivo.

Pregunta 1) ¿Estoy correcto en mi comprensión del propósito de las resistencias pull-up y pull-down?

Pregunta 2) ¿Cómo funciona esto? ¿Alguien puede proporcionar una metáfora o una analogía para describir qué está sucediendo exactamente con la corriente eléctrica?

Primero: Sí, su comprensión es esencialmente correcta, aparte de que el problema es el voltaje y no la carga.

Aquí está mi analogía:

Considere una puerta a una casa, con bisagras realmente lisas y sin cerrojo ni pestillo. La puerta es tan liviana y está tan bien articulada que la más mínima brisa podría abrirla y cerrarla.

Ahora agregue un resorte ligero a la puerta. El resorte mantiene la puerta cerrada, pero no con demasiada firmeza: un suave empujón la abrirá y dejarla ir hará que la puerta se cierre nuevamente.

Una llamada " entrada flotante " es como esa puerta: las perturbaciones más leves en el campo electromagnético, como la brisa de arriba, harán que la entrada cambie aleatoriamente entre abierto y cerrado (bajo y alto).

Agregue la resistencia pull-up (si desea que el valor predeterminado sea "alto") o la resistencia pull-down (si desea que sea "baja"), y su resorte estará en su lugar.

Ahora, un voltaje externo aplicado, como el empuje suave, puede superar la tendencia de "mantener la puerta cerrada" de la resistencia de resorte / pull-x, y una vez que se retira el empuje, la entrada vuelve al valor predeterminado deseado .

Una resistencia de bajo valor en tal uso es como un resorte realmente rígido: necesita un empuje mucho más firme para abrir, pero ábralo. También se cerrará más rápido cuando se elimine el empuje.

Un pull up / down hace tres cosas.

1, estabiliza la línea, con una referencia fija (V + para un pull up, o Gnd para un pull down, en la mayoría de los casos). La línea no flotará. Esto también podría hacerse sin el pull-up, conectándolo directamente a V + o Gnd. Este es un problema, que parte 2 soluciona.

2, protege el circuito. Si una línea está conectada directamente a V +, y luego también está conectada a tierra, acaba de crear un cortocircuito . Esto sucede, por ejemplo, si un pin del microcontrolador conectado directamente a V +, se configura como una salida con nivel lógico bajo. Con una resistencia pull-up, ya no tienes un cortocircuito, solo una carga menor. Esta es una seguridad que desea en su lugar.

3, le permite anular la referencia en la línea, sin el cortocircuito. Además de ser solo una precaución de seguridad, es un efecto deseado. Así es como un microcontrolador puede leer un interruptor que cambia de alto a bajo, o de bajo a alto, cuando se presiona. Cuando no se presiona el botón conectado a tierra, con un pull-up el microcontrolador lee el estado ALTO. Una vez que presiona el botón, la conexión directa a tierra hace que el estado cambie a BAJO, ya que una conexión directa es más fuerte que un pull-up débil. Luego vuelve al estado ALTO una vez que se suelta el botón.

La analogía de @AnindoGhosh de una puerta batiente es buena para la parte 1 (El resorte) y 3 (El empuje). Para agregar a eso, la parte 2 es el resorte que evita que un fuerte viento golpee la puerta de las bisagras y arruine todo en su casa. Sin resorte (Pull-up / down), y un viento fuerte (Un cortocircuito) puede destruir un microcontrolador o hacer que una batería se sobrecaliente, se incendie o explote.