Pull-up Direnci / Pull-Up Resistors

Lojik kapılar, günümüzde dijital elektronikte yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Bu lojik kapıların Giriş (INPUT) ve çıkışlarının (OUTPUT) doğru sinyali durumunu ve beklenen anahtarlama koşulunu sağladığından emin olmak için özen gösterilmelidir. dijital devrenin düzgün çalışması için yüksek veya düşük olarak doğru şekilde ayarlanması gerekir.

Mantık kapıları, herhangi bir dijital mantık devresinin en temel yapı taşı olduğunu biliyoruz. Üç temel kapılardan olan AND kapısının, OR kapısının ve NOT kapısının kombinasyonlarını kullanarak oldukça karmaşık kombinasyon devreleri oluşturabiliriz. Ancak dijital olan bu devreler, lojik “0” veya lojik “1” durumu olarak adlandırılan iki lojik durumdan yalnızca birine sahip olabilir.

Bu lojik durumları, belli bir seviyenin altındaki herhangi bir voltajın “0” mantığı olarak kabul edildiği ve başka bir seviyenin üzerindeki herhangi bir voltajın “1” mantığı olarak kabul edildiği iki farklı voltaj seviyesi ile temsil edilir. Bazen bir dijital mantık kapısında veya devresinde girişler, mantık “0” veya mantık “1” girişi olarak algılanabileceği aralıkta olmayabilir. Bu durumda kapı veya devre doğru giriş değerini tanımadığı için dijital devre yanlış tetiklenebilir. Çıkışın “1” olması gereken durumda “1” veya “0” olması gereken durumda “0” olmayabilir.

Örneğin, yukarıdaki dijital devreyi düşünün. İki anahtar,” a “ve” b”, genel bir mantık kapısına girişleri temsil eder. “A” anahtarı kapalıyken, “A” girişi toprağa, (0v) veya “0” mantık seviyesine (düşük) bağlanır. Aynı şekilde “b” anahtarı kapalıyken, “B” girişi de toprağa bağlanır, “0” mantık seviyesi (düşük) ve bu bizim ihtiyacımız olan doğru durumdur.

Bununla birlikte, “A” anahtarı açıldığında, “A”, girişe uygulanan voltajın değeri ne olacaktır? “A” anahtarının açık devre olduğu ve bu nedenle “A” girişinin toprağa kısa devre yapmadığı için +5V (yüksek) olacağını varsayıyoruz ancak durum böyle olmayabilir. Giriş artık tanımlanmış bir yüksek veya düşük koşuldan etkin bir şekilde bağlanmadığından, girişin herhangi bir voltaj seviyesinde kalması mümkün olmayabilir. Bu durumda devre çalışırken sıkıntı oluşturabilmektedir. İşte bu noktada PULL-UP ve PULL-DOWN dirençleri hayatlarımızı kurtarmaktadır. Bu dirençleri devreye bağladıktan sonra kesin bir çıkış sinyal değeri elde etmek mümkün bir hale gelmektedir.

Pull-up Direnci

Dijital mantık kapılarının ve devrelerinin girişlerinin kendi kendine yer değiştiremediğinden ve yüzemediğinden emin olmanın en yaygın yöntemi, kullanılmayan pimleri sabit bir düşük “0” girişi için doğrudan toprağa (0V) bağlamaktır.veya ve nor kapıları) veya sabit bir yüksek “1” girişi (ve ve NAND kapıları) için doğrudan Vcc’ye (+5V).

Bu iki pull-up dirençleri kullanılarak, giriş etkin bir pull-up direnç üzerinden +5 V beslemeye bağlıdır. Girişler de diren aracılığıyla 5V’ye bağlıdır. Anahtar kapandığı anda giriş toprağa bağlanacaktır. Diğer taraftan da akım geçişi neredeyse hiç olmayacak kadar azalacağından (Ohm Yasası ile belirlendiği gibi) bu sayede bu durum en iyi şekilde önlenecektir. “A” veya “B” anahtarları kapatıldığında, (açık) giriş, girişte daha önce olduğu gibi bir mantık “0” koşulu oluşturarak toprağa (düşük) kısa devre yapar.
Vcc ve giriş (veya çıkış) arasındaki bağlantı, bir pull-up direnci kullanmak için tercih edilen yöntem olsa da aklımıza gelen bir diğer soru ise gerekn direncin değerinin ne olduğudur.

Pull-up Direnç Değerinin Hesaplanması

Dijital mantık devreleri, normalde iki farklı voltaj ile temsil edilen iki ikili durum kullanılarak çalışır: mantık “1” için yüksek voltaj ve mantık “0”için Düşük Voltaj. Ancak bu iki voltaj değeri kullanılan devreye göre değişiklik göstermektedir. Sadece bu durum bile başlı başına problem olabilmektedir. Örneğin, TTL 74LSxxx serisi dijital mantık kapıları için, “1” mantık seviyesini ve “0” mantık seviyesini temsil eden voltaj aralıkları aşağıdaki gibidir:

Giriş değerini kesin olarak “1” yapmak için gereken minimum voltaj değeri 2V’dir. Giriş değerini kesin olarak “0” yapmak için gereken maksimum voltaj değeri 0.8V’dir.

Başka bir deyişle, 0V ile 0.8V arasındaki TTL 74LSxxx giriş sinyalleri “düşük” olarak kabul edilir. 2.0V ile 5.0V arasındaki giriş sinyalleri “yüksek” olarak kabul edilir. 0.8V ve 2.0V arasındaki herhangi bir voltaj, lojik “1” veya lojik “0” olarak tanınmaz.

Tek Kapı Pull-up Direnç Değeri

Daha sonra Ohm yasasını kullanarak, tek bir TTL 74LS serisi mantık kapısı için 3 volt düşürmek için gereken maksimum çekme direnci 150kΩ olacaktır. Bu hesaplanan değer işe yarayacak olsa da, direnç boyunca Voltaj Düşüşü maksimumda ve giriş akımı minimumda olduğu için hataya yer bırakmaz. İdeal olarak, bir mantık “1” in Vcc’ye mümkün olduğunca yakın olmasını ve kapının pull-up direnci üzerinden yüksek (mantık-1) bir giriş olduğunu %100 garanti etmesini isteriz.

Çoklu Kapı Pull-up Direnç Değeri

Pull-down Direnç

Bir Pull-down direnci, önceki pull-up direnci ile aynı şekilde çalışır ancak bu sefer mantık kapıları girişi toprağa bağlanır. Mekanik bir anahtarın çalışması ile sinyal “YÜKSEK” duruma çekilebilir. Bu pull-down direnç konfigürasyonu, bir durum değişikliğine neden olmak için genellikle pozitif bir tek atış tetiklemesi gerektiren sayaçlar ve flip-flop gibi dijital devreler için özellikle yararlıdır.

Tek Kapı Pull-down Direnç Değeri

Daha sonra maksimum pull-down direnç değeri 2kΩ olarak hesaplanır. Yine pull-up direnç hesaplamalarında olduğu gibi bu 2kω direnç değeri, Voltaj Düşüşü maksimumda olduğu için hataya yer bırakmaz. Bu nedenle, direnç çok büyükse, Pull-down  direnci boyunca Voltaj Düşüşüne sebep olabilir.