電阻在電路中起限制電流的作用。上拉電阻和下拉電阻是經(jīng)常提到也是經(jīng)常用到的電阻。在每個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都用到了大量的上拉電阻和下拉電阻。

 

 

在上拉電阻和下拉電阻的電路中，經(jīng)常有的疑問(wèn)是：上拉電阻為何能上拉？下拉電阻為何能下拉？下拉電阻旁邊為何經(jīng)常會(huì)串一個(gè)電阻？

 

 

簡(jiǎn)單概括為：電源到器件引腳上的電阻叫上拉電阻，作用是平時(shí)使該引腳為高電平，地到器件引腳上的電阻叫下拉電阻，作用是平時(shí)使該引腳為低電平。低電平在IC內(nèi)部與GND相連接；高電平在IC內(nèi)部與超大電阻相連接。

 

上拉就是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻鉗位在高電平，電阻同時(shí)起限流作用，下拉同理。對(duì)于非集電極（或漏極）開(kāi)路輸出型電路（如普通門(mén)電路，其提升電流和電壓的能力是有限的，上拉和下拉電阻的主要功能是為集電極開(kāi)路輸出型電路提供輸出電流通道。上拉是對(duì)器件注入電流，下拉是輸出電流；強(qiáng)弱只是上拉或下拉電阻的阻值不同，沒(méi)有什么嚴(yán)格區(qū)分。

 

當(dāng)IC的I/O端口，節(jié)點(diǎn)為高電平時(shí)，節(jié)點(diǎn)處和GND之間的阻抗很大，可以理解為無(wú)窮大，這個(gè)時(shí)候通過(guò)上拉電阻（如4.7K歐，10K歐電阻）接到VCC上，上拉電阻的分壓幾乎可以忽略不計(jì)；當(dāng)I/O端口節(jié)點(diǎn)需要為低電平時(shí)，直接接GND就可以了，這個(gè)時(shí)候VCC與GND是通過(guò)剛才的上拉電阻（如4.7K歐，10K歐電阻）連接的，通過(guò)的電流很小，可以忽略不計(jì)。

 

 

電平值的大小、高低是相對(duì)于地電平來(lái)說(shuō)的，因此在看電平值的大小時(shí)要參考地的電平值來(lái)看。看看那些引腳是否接到地上，與自己是否連接外圍器件沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)槠鋵?shí)高電平還是低電平是相對(duì)于地平面來(lái)說(shuō)的。

 

在節(jié)點(diǎn)與+5V之間接10K歐或4.7K歐的上拉電阻，能夠把這個(gè)節(jié)點(diǎn)的電位拉上來(lái)，往往這個(gè)節(jié)點(diǎn)要求應(yīng)用單片機(jī)或其它控制器來(lái)控制它（及這個(gè)節(jié)點(diǎn)與I/O連接）為高電平或低電平。如果單純的想要使這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為高電平，并且輸出阻抗非常大，則直接接電源也無(wú)妨，但是如果單片機(jī)要使這個(gè)節(jié)點(diǎn)拉低，即單片機(jī)內(nèi)部使節(jié)點(diǎn)接地，這樣5V電源和地之間就短路了。

 

另外，當(dāng)要求這個(gè)節(jié)點(diǎn)為高電平時(shí)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)和地之間的阻抗一般非常大，如100K歐的阻抗，當(dāng)上拉一個(gè)10K歐的電阻，這個(gè)點(diǎn)分得的電壓為100K歐/（100K+10K）*5V=4.5V，這樣也可以拉到高電平。

 

而當(dāng)要求這個(gè)節(jié)點(diǎn)為低電平時(shí)，只要把它和地連接就可以了，電源和地之間有一個(gè)10K偶的電阻，這樣就不會(huì)短路了。當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)，電源和地之間有一個(gè)負(fù)載形成的回路，有時(shí)候這個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)再串接一個(gè)電阻，因?yàn)殡娏髁飨蜃杩沟偷牡胤剑噪娏鲿?huì)通過(guò)與電源相連的電阻流向地，而不是流向這個(gè)與節(jié)點(diǎn)相連的電阻，因?yàn)檫@個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的電阻阻抗高，所以低電平時(shí)這個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)就是低電平。

 

 

可以這么認(rèn)為，對(duì)于IC的I/O端口來(lái)說(shuō)，IC內(nèi)部通過(guò)控制高低電平相當(dāng)于控制這個(gè)O/O口與其內(nèi)部的GND或非常大的電阻相連，如100K歐，當(dāng)I/O口為低電平0V時(shí)，在IC內(nèi)部，是控制IC芯片O/O口的引腳在芯片內(nèi)與GND連接；

 

當(dāng)I/O口為高電平時(shí)，如5V，這個(gè)時(shí)候I/O口引腳在芯片內(nèi)是與非常大的電阻，如100K歐相連接的，有時(shí)在I/O節(jié)點(diǎn)處會(huì)再串接一個(gè)小電阻值的電阻，如68歐，因?yàn)殡娏髁飨蜃杩沟偷牡胤?，所以?dāng)芯片內(nèi)部的I/O端口歐與GND相連為低電平時(shí)，電源與上拉電阻及芯片內(nèi)部的GND形成環(huán)路進(jìn)行流通。

 

這時(shí)I/O口節(jié)點(diǎn)處的電流就會(huì)流向芯片內(nèi)部的GND，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)處串接了一個(gè)小阻值的電阻，相對(duì)于GND來(lái)說(shuō)是高阻，就是大一點(diǎn)點(diǎn)也是高阻，所以電流就不會(huì)流過(guò)這個(gè)串聯(lián)的電阻。

 

當(dāng)用下拉電阻時(shí)（所謂的上拉和下拉都是針對(duì)高阻態(tài)而言的），當(dāng)I/O口為高阻態(tài)時(shí)，通過(guò)上拉電阻能夠讓其保持在高電平狀態(tài)；具體如上文所述：當(dāng)I/O端口為高阻態(tài)時(shí)，用下拉電阻把這個(gè)口與GND相連接，高阻態(tài)電阻值很大，可以理解為斷開(kāi)，其實(shí)就是和芯片內(nèi)部的阻值很大的電阻相連接，下拉的時(shí)候拉到地上了，沒(méi)有電流，電平值為0，除非是給這個(gè)引腳賦予一個(gè)高電平值它才能夠起作用。

 

 

上拉和下拉電阻的作用概括如下：

 

1、提高電壓準(zhǔn)位

當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)CMOS電路時(shí)，如果TTL電路輸出的高電平低于CMOS電路的最低高電平，這時(shí)就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值；OC門(mén)電路必須加上拉電阻，以提高輸出的高電平值。

 

2、加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力

有的單片機(jī)引腳上也常使用上拉電阻。

 

3、N/A引腳（沒(méi)有連接的引腳）防靜電、防干擾；

在CMOS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的引腳不能懸空，一般接上拉電阻降低輸入阻抗，提供泄荷通路。同時(shí)引腳懸空就比較容易接收外界的電磁干擾。

 

4、電阻匹配

抑制反射波干擾，長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻使電阻匹配，能有效的抑制反射波干擾。

 

5、預(yù)設(shè)空間狀態(tài)/默認(rèn)電位

在一些CMOS輸入端接上拉或下拉電阻是為了預(yù)設(shè)默認(rèn)電位。當(dāng)不用這些引腳時(shí)，這些輸入端下拉接低電平或上拉接高電平。在I2C等總線上空閑時(shí)的狀態(tài)是由上下拉電阻獲得的。

 

6、提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限

輸入端如果是高阻狀態(tài)，或高阻抗輸入端處于懸空狀態(tài)，此時(shí)需要加上拉或下拉電阻，以免受到隨機(jī)電平的影響，進(jìn)而影響電路工作。同樣，如果輸出端處于被動(dòng)狀態(tài)，需要加上拉或下拉電阻，如輸出端僅僅是一個(gè)三極管的集電極，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限，增強(qiáng)抗干擾能力。

 

在BJT晶體三極管的基極端，上拉電阻和下拉電阻也起著至關(guān)重要的作用。在三極管的電路應(yīng)用中，串接在基極上的電阻起限制基級(jí)電流的作用，如下圖中的R2所示，

 

 

如下圖中的R5所示，上拉電阻使三極管基極的輸入電平在默認(rèn)情況下是高電平輸入，當(dāng)CPU有低電平信號(hào)輸出時(shí)，外圍電路響應(yīng)，下拉電阻使晶體管的基極輸入在默認(rèn)情況下拉到低電平，如下圖中的R6所示。