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電子論理回路において、プルアップ抵抗器（PU）またはプルダウン抵抗器（PD）は、信号の既知の状態を保証するために使用される抵抗器である。 [1]これは通常、スイッチやトランジスタなどのコンポーネントと組み合わせて使用され、後続のコンポーネントのグランドまたはV CCへの接続を物理的に遮断する。 このような抵抗器がない場合、スイッチを閉じるとグランドまたはV CCへの直接接続が作成されます。スイッチが開いていると、回路の残りの部分は浮いた状態（つまり、不確定な電圧になる）になり、これは一般的に望ましくありません。
回路をグランドに接続するために使用するスイッチの場合、プルアップ抵抗器 (回路と V CCの間に接続される) は、スイッチが開いているときに明確な電圧(つまり、 V CC 、または論理ハイ) を確保します。回路を V CCに接続するために使用されるスイッチの場合(たとえば、スイッチまたはボタンが「ハイ」信号を送信するために使用される場合)、回路とグランドの間に接続されるプルダウン抵抗器は、スイッチが開いているときに回路の残りの部分にわたって明確なグランド電圧 (つまり、論理ロー) を確保します。
原理
オープンスイッチは、無限インピーダンスのコンポーネントと同じではありません。オープンスイッチのあるループの定常電圧はキルヒホッフの法則では決定できませんが、無限インピーダンスのコンポーネントの定常電圧は、キルヒホッフの法則で決定できます。したがって、オープンスイッチを含むループにのみ存在する重要なコンポーネント (右側の例のロジックゲートなど) の両端の電圧も未定義です。プルアップ抵抗は、重要なコンポーネントに追加のループを効果的に確立し、スイッチが開いている場合でも電圧が明確に定義されるようにします。
最適な抵抗
プルアップ抵抗器がこの 1 つの目的のみを果たし、他の目的で回路に干渉しないようにするには、適切な抵抗値の抵抗器を使用する必要があります。このためには、重要なコンポーネントが無限または十分に高いインピーダンスを持っていると想定されます。これは、たとえば、FETで作成されたロジック ゲートで保証されています。この場合、スイッチが開いているときは、プルアップ抵抗器 (十分に低いインピーダンス) での電圧降下は実質的になくなり、回路は V CCに直接接続されたワイヤのように見えます。一方、スイッチが閉じているときは、プルアップ抵抗器は、閉じたスイッチと比較して、接地への接続に影響を与えないように十分に高いインピーダンスを持っている必要があります。これら 2 つの条件を組み合わせて、プルアップ抵抗器のインピーダンスの適切な値を導き出すことができます。ただし、通常は、重要なコンポーネントが実際に無限のインピーダンスを持っていると仮定して、下限値のみが導き出されます。
比較的抵抗が低い抵抗器 (回路に比べて) は、しばしば「強い」プルアップまたはプルダウンと呼ばれます。回路が開いているときは、出力を非常に速く引き上げたり下げたりしますが ( RC 回路で電圧が変化するのと同じように)、より多くの電流を消費します。比較的抵抗が高い抵抗器は、「弱い」プルアップまたはプルダウンと呼ばれます。回路が開いているときは、出力をゆっくりと引き上げたり下げたりしますが、消費する電流は少なくなります。この電流は、本質的には無駄なエネルギーであり、スイッチが閉じているときにのみ流れ、技術的には、スイッチが開いた後、回路に蓄積された電荷が接地に放電されるまでの短い期間のみ流れます。
アプリケーション
プルアップ抵抗は、ロジック ゲートを入力に接続するときに使用できます。たとえば、入力信号を抵抗でプルアップし、スイッチまたはジャンパー ストラップを使用してその入力をグランドに接続できます。これは、構成情報、オプションの選択、またはデバイスのトラブルシューティングに使用できます。
プルアップ抵抗は、オープンコレクタ TTLロジックデバイスなど、ロジックデバイスが電流を供給できないロジック出力で使用できます。このような出力は、外部デバイスの駆動、組み合わせロジックのワイヤード OR 機能、または複数のデバイスが接続されたロジックバスを駆動する簡単な方法として使用されます。
プルアップ抵抗器は、ロジック デバイスと同じ回路基板に搭載された個別のデバイスである場合があります。組み込み制御アプリケーション向けのマイクロコントローラの多くには、ロジック入力用のプログラム可能なプルアップ抵抗器が内蔵されているため、多くの外部コンポーネントは必要ありません。
プルダウン抵抗は、入力が電圧制御されているため、CMOSロジック ゲートで安全に使用できます。接続されていないTTLロジック入力は本質的に高浮動状態になるため、入力を低電圧にするには、はるかに低い値のプルダウン抵抗が必要です。ロジック "1" の標準 TTL 入力は通常、ソース電流が 40 μA、電圧レベルが 2.4 V 以上であると想定して動作し、プルアップ抵抗は 50 キロオーム以下で済みます。一方、ロジック "0" の TTL 入力は、電圧が 0.8 V 未満で 1.6 mA を流すと予想されるため、プルダウン抵抗は 500 オーム以下でなければなりません。[2]使用されていない TTL 入力を低電圧に保持すると、より多くの電流が消費されます。このため、TTL 回路ではプルアップ抵抗が推奨されます。
5 VDC で動作するバイポーラロジック ファミリでは、温度と電源電圧の全動作範囲にわたって必要なロジック レベル電流を供給するという要件に基づいて、一般的なプルアップ抵抗値は 1000 ～ 5000 Ωになります。CMOSおよびMOSロジックの場合、ロジック入力で必要なリーク電流は小さいため、数千から 100 万オームというはるかに高い抵抗値を使用できます。
欠点
プルアップ抵抗の欠点としては、抵抗器に電流が流れるときに余分な電力が消費されることと、アクティブな電流源に比べてプルアップの速度が遅くなることが挙げられます。特定のロジック ファミリは、プルアップ抵抗器を介してロジック入力に導入される電源過渡の影響を受けやすく、プルアップ用に別のフィルター付き電源の使用が必要になる場合があります。
参照
参考文献
- ポール・ホロウィッツとウィンフィールド・ヒル著『The Art of Electronics』第2版、 ケンブリッジ大学出版局、ケンブリッジ、イギリス、1989年、ISBN 0-521-37095-7