Las resistencias son los componentes básicos de casi cualquier circuito eléctrico o electrónico. La resistencia controla la cantidad de corriente que fluye a través de la resistencia. Controlan el voltaje de los componentes individuales conectados a ellos. Sin resistencia, los componentes individuales no pueden manejar el voltaje y pueden sobrecargarse.
Tabla de contenido
Resistencias pull-up
En los circuitos electrónicos, es esencial que las entradas de un sistema lógico se mantengan o se establezcan en un valor lógico fijo bien definido en todas las condiciones. Hay tres estados de circuitos lógicos: alta impedancia, baja impedancia y alta impedancia. El estado de alta impedancia es cuando los pines están flotando, es decir, no están conectados alto o bajo. Por lo tanto, también se denomina estado flotante.
Considere el siguiente circuito:
Aquí, el inversor, puerta U1, tiene dos pines, un pin de entrada y un pin de salida.
Cuando el interruptor S1 está cerrado, el pin de entrada se conecta a un potencial constante, es decir, en este caso, a tierra. Por lo tanto, el estado de la entrada es bajo y el estado es estable.
Cuando el interruptor S1 está abierto, los pines de entrada de U1 están flotando, es decir, no están conectados a nada. En este caso, el estado de entrada de U1 es indeterminado. Este es un estado muy débil. El ruido eléctrico en el circuito causa una variedad de problemas. Estos ruidos eléctricos hacen que la entrada de la puerta sea alta o baja.
Por lo tanto, se requiere una conexión para conectar los pines de entrada al potencial cuando el interruptor está abierto. Esta conexión debe retirarse cuando el interruptor esté cerrado. Siguiendo esta técnica, el pin de entrada de U1 se puede mantener en un estado estable cuando el interruptor está abierto o cerrado.
En el circuito anterior, cuando el interruptor está abierto, la entrada está conectada a VCC. Esta conexión conecta la entrada a un VCC potencial válido. Por lo tanto, cuando el interruptor está abierto, la entrada está en estado alto.
Pero cuando cierro el interruptor, hay un problema con el circuito. Cuando el interruptor está cerrado, VCC se conecta directamente a tierra. Esta conexión directa provoca un cortocircuito en el circuito. En este caso, lo menos prometedor es que todo el sistema deje de funcionar. El peor de los casos es que los cables y los componentes conectados a ellos se quemen.
La razón de esto es que una conexión directa entre VCC y tierra permite que fluya una gran corriente desde VCC a tierra. Esta conexión genera mucho calor, que puede quemar cables y piezas o incendiarse.
Por lo tanto, es esencial limitar la cantidad de corriente que fluye a través del circuito.
En este escenario, use una resistencia para solucionar este problema. La función de esta resistencia es limitar la cantidad de corriente que fluye a través del circuito cuando el interruptor S1 está cerrado. Esta resistencia se denomina resistencia pull-up porque primero tira de la entrada hasta un máximo lógico.
Cuando el interruptor S1 está abierto, el pin de entrada se conecta a VCC a través de una resistencia. Esto hace que el pin de entrada esté en un estado lógico alto.
Cuando el interruptor está cerrado, el terminal de entrada de la puerta está conectado a tierra. Esto hace que el pin de entrada esté en un estado lógico bajo.
Los terminales de las resistencias están conectados a tierra. Ahora, cuando el interruptor está cerrado, la corriente fluye desde VCC a través de la resistencia a tierra. Esta conexión no se considera un cortocircuito porque la resistencia reduce la cantidad de corriente que fluye de VCC a tierra a un valor mucho menor.
La cantidad de corriente que fluye de VCC a tierra cuando el interruptor está cerrado se puede calcular utilizando la ley de Ohm.
Si el voltaje de alimentación es VCC = 5V y la resistencia de la resistencia es de 10K Ω, entonces I = VCC / R
I = 5 / (10 * 103)
I = 0,0005 amperios o I = 0,5 * 10-3 amperios
Las resistencias pull-up se utilizan en circuitos lógicos para bajar el pin a un máximo lógico cuando no hay señal de entrada. Los microcontroladores se utilizan en sistemas embebidos, que son sistemas en tiempo real. Por esta razón, el microcontrolador es sensible incluso al más mínimo cambio en la entrada. Por lo tanto, es necesario asegurarse de que la entrada del microcontrolador no flote.
Por ejemplo, considere la siguiente lógica en un microcontrolador:
Aquí, la resistencia R1 actúa como una resistencia pull-up. Cuando el interruptor no se presiona o no está abierto, los pines de entrada del microcontrolador se elevan lógicamente. Cuando el interruptor está cerrado, el pin de entrada se tira hacia abajo a un nivel lógico bajo y una pequeña corriente fluye desde VCC a tierra.
Si no hay una resistencia pull-up, la conexión rectangular entre la fuente de alimentación y la tierra se considera un cortocircuito.
Elegir la resistencia pull-up correcta es una tarea importante. Si el valor de la resistencia pull-up es bajo, la condición se denomina pull-up fuerte. Esto se debe a que fluye más corriente a través de los pines de entrada.
Por otro lado, si el valor de la resistencia pull-up es alto, esta condición se denomina pull-up débil. Esto se debe a que fluye menos corriente a través de los pines de entrada.
Hay dos condiciones que deben cumplirse al seleccionar una resistencia pull-up.
1. Cuando el interruptor está cerrado, la entrada se conecta a tierra y se baja a un nivel lógico bajo. El valor de la resistencia R1 determina la cantidad de corriente que fluye desde VCC a tierra.
2. Cuando el interruptor está abierto, los pines de entrada del microcontrolador se vuelven lógicamente altos. El valor de la resistencia R1 determina el voltaje en el pin de entrada.
En general, la resistencia de tracción de la resistencia debe ser una décima parte de la resistencia del pin de entrada del microcontrolador
La resistencia de los pines de entrada del microcontrolador está entre 100K Ω y 1M Ω. En general, el valor de la resistencia pull-up R1 se selecciona en la región de 10K Ω a 100K Ω.
Sin embargo, si elige una resistencia pull-up grande, el pin de entrada responderá más lentamente a los cambios de voltaje. Esto se debe a que la señal de entrada suministrada a los pines de entrada proviene del sistema, que es un condensador acoplado a una resistencia pull-up. Esta combinación forma un filtro RC. Este filtro RC tarda mucho tiempo en cargarse y descargarse. Este tiempo se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
τ (tau) = R * C
Cuando se requiere una velocidad de datos más alta, el valor de la resistencia pull-up es bastante pequeño, normalmente del orden de 1K Ω a 4,7K Ω.
Los valores prácticos de la resistencia pull-up son 10K Ω y 4,7K Ω.
Resistencias pull-down
El uso de una resistencia pull-down es similar al de una resistencia pull-up, excepto que el pin de entrada se baja primero a un mínimo lógico.
Cuando el interruptor S1 en el circuito anterior está cerrado, el terminal de entrada de la puerta U1 entra en un estado lógico alto. Cuando el interruptor está abierto, la resistencia R1 tira del voltaje en el pin de entrada a tierra.
Por ejemplo, considere el siguiente circuito de microcontrolador.
Cuando se presiona o se cierra el interruptor, los pines de entrada del microcontrolador pasan a un valor lógico alto. Cuando el interruptor está abierto, una resistencia desplegable tira hacia abajo de los pines de entrada del microcontrolador a un nivel lógico bajo.
Resistencias limitadoras de corriente
La limitación de corriente es el proceso de establecer un límite superior en la cantidad de corriente que fluye a través de un componente o circuito. El propósito de limitar la corriente es evitar efectos como cortocircuitos. La resistencia se puede utilizar como un dispositivo limitador de corriente.
El mejor ejemplo es encender un diodo emisor de luz (LED). Los LED son dispositivos semiconductores que emiten luz cuando una pequeña corriente fluye a través de ellos. La corriente en los LED es unidireccional, similar a la de los diodos de unión PN ordinarios. La resistencia interna del LED es muy baja. Si está conectado directamente a la fuente de alimentación, se quemará.
Por lo tanto, para alimentar el LED, una fuente de voltaje y una resistencia se conectan en serie con el LED. Estas resistencias se denominan resistencias de balasto. Los LED son muy sensibles a la corriente. Unos pocos miliamperios de corriente son suficientes para encender el LED. Todos los LED se especifican con sus respectivas clasificaciones de corriente. Por lo tanto, puede elegir la resistencia adecuada para limitar la corriente que fluye a través del diodo emisor de luz y evitar que se queme.
Si la corriente nominal del LED es de 0,15 amperios, el valor de la resistencia de la fuente de alimentación de 5 V se calcula de la siguiente manera (suponiendo que la tensión nominal del LED es insignificante):
R = V / IEnciende el LED = 5 / 0.15 = 333 Ω.
En algunos casos, se especifican tanto el voltaje como la corriente nominal de los LED. En tales casos, la resistencia adecuada se puede calcular utilizando la siguiente ecuación
R = (V – VLED) / ILED
donde V es el voltaje de la fuente de alimentación, VLED es el voltaje nominal del LED e ILED es la corriente nominal del LED
Resistencia al sesgo del transistor
Las resistencias se utilizan ampliamente en circuitos electrónicos en combinación con transistores y circuitos integrados. Para que un transistor (transistor de unión bipolar) funcione, se debe aplicar un pequeño voltaje de polarización de 0,7 V ≈ al terminal base. Cuando este voltaje de polarización se aplica al pin base, una pequeña corriente fluye a través del terminal base, que es una función del transistor, desde el pin colector hasta el pin emisor.
Los terminales base de los transistores son vulnerables a altas corrientes. Por lo tanto, se utiliza una resistencia en el circuito de polarización para limitar la corriente que fluye hacia el terminal base del transistor.