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上拉下拉電阻問題分析,流散、接地、沖擊接地電阻都是什么意思?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1849次  |  2019年08月24日  

上下拉電阻常見的問題分析:

一般說來,不光是重要的信號線,只要信號在一段時(shí)間內(nèi)可能出于無驅(qū)動狀態(tài),就需要處理。


比如說,一個(gè)CMOS門的輸入端阻抗很高,沒有處理,在懸空狀況下很容易撿拾到干擾,如果能量足夠甚至?xí)?dǎo)致?lián)舸┗蛘唛V鎖,導(dǎo)致器件失效。祈禱輸入的保護(hù)二極管安全工作吧。如果電平一直處于中間態(tài),那輸出就可能是不確定的情況,也可能是上下MOS都導(dǎo)通,對器件壽命造成影響。


總線上當(dāng)所有的器件都處于高阻態(tài)時(shí)也容易有干擾出現(xiàn)。因?yàn)檫@時(shí)讀寫控制線處于無效狀態(tài),所以不一定會引起問題。你如果覺得自己能夠接受的話也就將就了。但是這時(shí)你就要注意到,控制線不能懸空,不然……


TTL電路的輸入端是一個(gè)發(fā)射極開路引出的結(jié)構(gòu),拉高或者不接都是高電平,但是強(qiáng)烈建議不要懸空不接。


上拉還是下拉?要看需要。一方面器件可能又要求,另一方面,比如總線上兩個(gè)器件,使能控制都是高有效,那么最好下拉,否則當(dāng)控制信號沒有建立的時(shí)候就會出現(xiàn)兩個(gè)沖突,可能燒片。如果計(jì)算機(jī)總線上面掛了一個(gè)D/A,上電復(fù)位信號要對它清零或者預(yù)置,那么總線可以上下拉到你需要的數(shù)字。


至于上下拉電阻的大小,這個(gè)情況就比較多了。CMOS輸入的阻抗很高,上下拉電阻阻值可以大一些,一般低功耗電路的阻值取得都比較大,但是抗干擾能力相應(yīng)比較弱一些。


很多場合下拉電阻取值比上拉電阻要小,這個(gè)是歷史遺留問題。如上面所說,TTL電路上拉時(shí)輸入3集管基射反偏,沒有什么電流,但是下拉時(shí)要能夠使得輸入晶體管工作,這個(gè)在TTL的手冊中可以查到。


也是為了這個(gè)歷史遺留問題,有些CMOS器件內(nèi)部采用了上拉,這時(shí)它會告訴你可以不處理這些管腳,但是這時(shí)你就要注意了,因?yàn)橄吕儆?0K可能不好使,因?yàn)橐苍S內(nèi)置的20K電阻和外置的10K把電平固定在了1V左右。


有時(shí)候你會看到150歐姆或者50歐姆左右的上下拉電阻,尤其是在高速電路中會看到。


150歐姆電阻下拉一般在pECL邏輯中出現(xiàn)。pECL邏輯輸出級是設(shè)計(jì)開路的電壓跟隨器,需要你用電阻來建立電壓。


50歐姆的電阻在TTL電路中用的不多,因?yàn)殪o態(tài)功耗實(shí)在是比較大。在CML電路和pECL電路中兼起到了端接和偏置的作用。


CML電路輸出級是一對集電極開路的三極管,需要一個(gè)上拉電阻來建立電平。這個(gè)電阻可以放在發(fā)送端,那么接受端還需要端接處理,也可以放到接受端,這時(shí)候端接電阻和偏置電阻就是一個(gè)。pECL電路結(jié)構(gòu)上就好像CML后面跟了一個(gè)射極跟隨器。


OC門也使用上拉電阻,這個(gè)和CML有一點(diǎn)相像,但是還不太一樣。CML和pECL電路中三極管工作在線形區(qū),而普通門電路和OC/OD門工作在飽和區(qū)。OC/OD門電路常用作電平轉(zhuǎn)換或者驅(qū)動,但是其工作速度不會太快。


為什么?在OC/OD門中,上拉電阻不能太小,否則功耗會很大。而一般門的負(fù)載呈現(xiàn)出一個(gè)電容,負(fù)載越多,電容越大。當(dāng)由高到低跳變時(shí),電容的放電通過輸出端下拉的MOS或者Bipolar管驅(qū)動,速度一般還是比較快的,但是由低到高跳變的時(shí)候,就需要通過上拉電阻來完成,R大了幾十甚至上百倍,假設(shè)C不變,時(shí)間常數(shù)相應(yīng)增加同樣的倍數(shù)。這個(gè)在示波器上也可以明顯的看出:上升時(shí)間比下降時(shí)間慢了很多。其實(shí)一般門電路上拉比下拉的驅(qū)動能力都會差一些,這個(gè)現(xiàn)象都存在,只不過不太明顯罷了?


(為什么會這樣?動動腦筋。想一想輸出電平的變化會對輸出級器件的工作點(diǎn)造成什么樣的影響。)


在總線的上下拉電阻設(shè)計(jì)中,你就要考慮同樣的問題了:總線上往往負(fù)載很重,如果你要電阻來提供一些值,你就必須保證電容能通過電阻在一定時(shí)間內(nèi)放電到可接受的范圍。如果電阻太大,那么就可能出錯(cuò)。


流散、接地、沖擊接地電阻都是什么意思?

接地極的對地電壓與經(jīng)接地極流入地中的接地電流之比,稱為流散電阻。


電氣設(shè)備接地部分的對地電壓與接地電流之比,稱為接地裝置的接地電阻,即等于接地線的電阻與流散電阻之和。一般因?yàn)榻拥鼐€的電阻甚小,可以略去不計(jì),因此,可認(rèn)為接地電阻等于流散電阻。


為了降低接地電阻,往往用多根的單一接地極以金屬體并聯(lián)連接而組成復(fù)合接地極或接地極組。由于各處單一接地極埋置的距離往往等于單一接地極長度而遠(yuǎn)小于40m,此時(shí),電流流入各單一接地極時(shí),將受到相互的限制,而妨礙電流的流散。換句話說,即等于增加各單一接地極的電阻。這種影響電流流散的現(xiàn)象,稱為屏蔽作用。


由于屏蔽作用,接地極組的流散電阻,并不等于各單一接地極流散電阻的并聯(lián)值。此時(shí),接地極組的流散電阻


Rd=Rd1/(n·η)


(1)式中:Rd1──單一接地極的流散電阻


n──單一接地極的根數(shù)


η──接地極的利用系數(shù),它與接地極的形狀、單一接地極的根數(shù)和位置有關(guān)


以上所談的接地電阻,系指在低頻、電流密度不大的情況下測得的,或用穩(wěn)態(tài)公式計(jì)算得出的電阻值。這與雷擊時(shí)引入雷電流用的接地裝置的工作狀態(tài)是大不相同的。由于雷電流是個(gè)非常強(qiáng)大的沖擊波,其幅度往往大到幾萬甚至幾十萬安的數(shù)值。這樣,使流過接地裝置的電流密度增大,并受到由于電流沖擊特性而產(chǎn)生電感的影響,此時(shí)接地電阻稱為沖擊接地電阻,也可簡稱沖擊電阻。由于流過接地裝置電流密度的增大,以致土壤中的氣隙、接地極與土壤間的氣層等處發(fā)生火花放電現(xiàn)象,這就使土壤的電阻率變小和土壤與接地極間的接觸面積增大。結(jié)果,相當(dāng)于加大接地極的尺寸,降低了沖擊電阻值。


長度較長的帶形接地裝置,由干電感的作用,當(dāng)超過一定長度時(shí),沖擊電阻不再減少,這個(gè)極限長度稱為有效長度、土壤電阻率越小,雷電流波頭越短,則有效長度越短。


由于各種因素的影響,引入雷電流時(shí)接地裝置的沖擊電阻,乃是時(shí)間的函數(shù)。接地裝置中雷電流增長至幅值IM的時(shí)間,是滯后于接地裝置的電位達(dá)到其最大值UM的時(shí)間的。但在工程中已知沖擊電流的幅值IM和沖擊電阻Rds的條件下,計(jì)算沖擊電流通過接地極流散時(shí)的沖擊電壓幅值UM=IM·Rds。由于實(shí)際上電位與電流的最大值發(fā)生于不同時(shí)間,所以這樣計(jì)算的幅值常常比實(shí)際出現(xiàn)的幅值大一些,是偏于安全的,因此在實(shí)際中還是適用的。


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