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Grundsätzlich werden Pull-up und Pull-down (vom englischen Pull-down, -up 'ziehen', 'herunterziehen', 'heraufziehen') Widerstände dazu verwendet, Ein- oder Ausgänge von Bauteilen auf einen definierten Wert zu "ziehen".

häufige VerwendungszweckeBearbeiten

Pull-up und -down Widerstände werden vor allem in elektronischen Logikschaltungen verwendet, um sicherzustellen, dass eingaben in das Logik-System den erwarteten Logikpegeln entsprechen, wenn zum Beispiel externe Geräte nicht angeschlossen sind oder durch ein Schalter nur ein Zustand definiert werden kann.


PegelwandlerBearbeiten

Pegelwandlungen können vorgenommen werden, wenn das sendende Bauteil einen Open Collector Ausgang besitzt. Mit so einer Pegelwandlung könnte man von einem 3.3V Logiksysthem auf ein 5V System wechseln, ohne dass einen grossen Schaltungsaufwand betrieben werden müsste (siehe Bild Berechnungsaufgaben).

Taster an digitalen BausteinenBearbeiten

Digitale Eingänge befinden sich ohne externe Beschaltung in einem "hochohmigen/schwebenden" und undefinierten Zustand, welche sich irgendwo zwischen High und Low befinden. Leider sind Schaltungen nicht komplett ohne Störsignale, welche unterschiedliche Spannungen am Eingang verursachen. Dies führt dann zu unerwarteten Fehlern. Um dies zu vermeiden werden Pull-up und -down Widerstände eingesetzt.

FALSCH RICHTIG
Falsch.gif Richtig.gif


I2CBearbeiten

I2C.jpg

Beim seriellen Datenbus I2C werden Pull-up-Widerstände an der Clock- (SCL) und der Datenleitung (SDA) benötigt, da die PINS der angeschlossenen Bauteile mit einem offenen Kollector sind.

prellfreies Schalten mit RS FlipflopBearbeiten

Prellfreie Taster.jpg

Mit Pull-Widerständen und einem RS-Flipflop ist es auch möglich, einen Schalter zu entprellen. Die Widerstände werden hier auch benötigt, um beim offenen Kontakt den Logikpegel sicherzustellen. Der einzige Nachteil dieser Schaltung ist, dass ein Zweikontaktschalter verwendet werden muss.

DimensionierungBearbeiten

Die Wahl der Grösse des Pull-up oder Pull-down Widerstandes ist nicht von grosser Bedeutung. Der Widerstand wird vor allem durch einen Kompromiss von Leistungsverlust, Störanfälligkeit, Schaltsicherheit, Schaltgeschwindigkeit und Verfügbarkeit gewählt.


BerechnungsbeispielBearbeiten

Mit folgender Schaltung wird nun ein Berechnungsbeispiel durchgeführt, um den minimalen und den maximalen Pullupwiderstand zu bestimmen.

Pullup-Widerstand.png

geg:

ICmax = 15mA

Ri = 1MΩ

UT+max = 3.15V (74HC14)

UCE ≈ 0.3V

VCC =5V

Rechnung des Mindestwiderstands:


RPullupmin = (VCC – UCE) / ICmax = (5V-0.3V)/15mA = 313Ω

Dieser Widerstand ist der minimale Pullup, der möglich ist. Wenn dieser unterschritten wird, geht der Transistor kaputt, weil der maximal-Strom überschritten wurde. Dieser Strom garantiert aber ein volles Schalten des Transistors. Des weiteren ist die Schaltung nicht mehr Störanfällig und ist somit zuverlässiger

RPullupmax = (VCC - UT+max) / (UT+max / Ri) = (5V-3.15V) / (3.15V / 1 MΩ) = 587.2 kΩ

Dieser Widerstand ist der maximale Pullup, der in dieser Schaltung verwendet werden kann. Wenn ein grösserer Widerstand verwendet werden würde, käme es zu einem zu hohen Spannungsabfall über dem Widerstand RPullup und der Schmitt-Trigger würde nicht mehr schalten. Der Vorteil dieses hohen Widerstands ist, es fliesst nur wenig Strom, wenn der Transistor leitet. Das heisst konkret, die Verlustleistung sinkt und die Schaltgeschwindigkeit steigt, da das elektronische Feld im Transistor, nicht abgebaut werden muss. Ein Nachteil dieser Schaltung mit einem solchen Widerstand ist aber, dass sie ziemlich störanfällig ist.

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