Pull-up dan Pull-down Resistor
Komponen Resistor pull-up dan pull-down digunakan untuk membiaskan input gerbang digital dengan benar untuk menghentikannya mengambang secara acak ketika tidak ada kondisi input
Gerbang logika digital dapat digunakan untuk koneksi ke rangkaian atau perangkat eksternal tetapi harus berhati-hati untuk memastikan bahwa input atau output berfungsi dengan benar dan menyediakan kondisi switching yang diharapkan.
Gerbang logika digital modern, IC dan microcontroller mengandung banyak input, yang disebut “pin” serta satu atau lebih output, dan input dan output ini harus diatur dengan benar, baik TINGGI atau RENDAH agar rangkaian digital berfungsi dengan benar.
Kita tahu bahwa Gerbang Logika adalah blok bangunan paling dasar dari rangkaian logika digital apa pun dan bahwa dengan menggunakan kombinasi dari tiga gerbang logika dasar, gerbang logika AND, gerbang logika OR dan gerbang logika NOT, kita dapat membangun Rangkaian Kombinasional yang cukup kompleks. Tetapi sebagai logika digital, rangkaian ini hanya dapat memiliki satu dari dua keadaan logika, yang disebut keadaan logika "0" atau keadaan logika "1".
Keadaan logika ini diwakili oleh dua level tegangan yang berbeda dengan tegangan di bawah satu level yang dianggap sebagai logika "0", dan setiap voltase di atas level lain dianggap sebagai logika "1". Jadi misalnya, jika dua level tegangan adalah 0V dan +5V, maka 0V mewakili logika "0" dan +5V mewakili logika "1".
Jika input ke gerbang logika logika digital atau rangkaian tidak berada dalam rentang yang dapat dirasakan sebagai input logika “0” atau input logika “1”, maka rangkaian digital dapat memicu pemicu palsu karena gerbang atau rangkaian tidak kenali nilai input yang benar, karena TINGGI mungkin tidak cukup tinggi atau RENDAH mungkin tidak cukup rendah.
Misalnya, perhatikan rangkaian digital di sebelah kiri. Kedua sakelar, "a" dan "b", mewakili input ke gerbang logika umum. Ketika sakelar “a” ditutup (ON), input “A” terhubung ke ground, (0v) atau level logika “0” (RENDAH) dan demikian pula, ketika sakelar “b” ditutup (ON), input “B” juga terhubung ke ground, level logika "0" (RENDAH) dan ini adalah kondisi yang benar yang kami butuhkan.
Namun, ketika sakelar “a” dibuka (OFF), berapakah nilai tegangan yang diterapkan pada input “A”, TINGGI atau RENDAH? Kami menganggap itu akan menjadi +5V (TINGGI) karena sakelar “a” adalah rangkaian terbuka dan oleh karena itu input “A” tidak disingkat menjadi ground, tetapi ini mungkin bukan masalahnya.
Karena input sekarang secara efektif tidak terhubung baik dari kondisi TINGGI atau RENDAH yang ditetapkan, ia memiliki potensi untuk "mengambang" sekitar antara 0V dan +5V (Vcc) yang memungkinkan input untuk melakukan bias sendiri pada tingkat tegangan apa pun apakah itu merupakan kondisi TINGGI atau RENDAH.
Situasi yang tidak pasti ini dapat menyebabkan input digital pada "A" tetap pada level logika "0" (RENDAH) ketika sakelar terbuka, ketika kita benar-benar membutuhkan logika "1", (TINGGI) menyebabkan gerbang logika beralih secara salah output di "Q".
Begitu juga di sana, sinyal input mengambang dan lemah ini dapat dengan mudah mengubah nilai pada gangguan atau kebisingan sekecil apa pun dari input tetangga atau bahkan dapat menyebabkannya masuk ke osilasi, membuat gerbang praktis tidak dapat digunakan. Situasi yang sama juga berlaku sehubungan dengan pengalihan input "B".
Kemudian untuk mencegah switching rangkaian digital yang tidak disengaja, input apa pun yang tidak terhubung yang disebut "input mengambang" harus diikat ke logika "1" atau logika "0" yang sesuai untuk rangkaian.
Kita dapat dengan mudah melakukan ini dengan menggunakan apa yang biasa disebut Pull-up Resistor dan Pull-down Resistor untuk memberikan pin input keadaan default yang ditetapkan, bahkan jika sakelar terbuka, tertutup atau tidak ada yang terhubung dengannya.
Saat membangun rangkaian elektronik digital, umumnya Anda akan memiliki beberapa gerbang atau kait cadangan dalam satu paket IC yang tersisa, atau desain rangkaian menghasilkan tidak semua input gerbang multi-input digunakan.
Input logika yang tidak digunakan ini dapat diikat bersama atau dihubungkan ke tegangan tetap, menggunakan resistor bernilai tinggi ke tegangan Vcc, yang dikenal sebagai pull-up atau melalui Resistor bernilai rendah ke 0V (GND), yang dikenal sebagai pull-down. Input yang tidak digunakan ini tidak boleh dibiarkan mengambang begitu saja.
Kali ini, untuk menghentikan dua input, A dan B, dari “mengambang” tentang kapan sakelar yang sesuai, “a” dan “b” terbuka (OFF), kedua input terhubung ke supply +5V.
Anda mungkin berpikir bahwa ini akan berfungsi dengan baik seperti ketika sakelar "a" terbuka (OFF), input terhubung ke Vcc (+5V) dan ketika sakelar ditutup (ON), input terhubung ke ground seperti sebelumnya, lalu input "A" atau "B" selalu memiliki status default terlepas dari posisi sakelar.
Namun, ini adalah kondisi yang buruk karena ketika salah satu sakelar ditutup (ON), akan ada hubungan arus pendek langsung antara supply +5V dan ground, yang mengakibatkan aliran arus berlebih baik meniup sekring atau merusak rangkaian yang bukan sesuatu baik. Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan resistor pull-up yang terhubung antara pin input dan rel supply +5V seperti yang ditunjukkan.
Dengan menggunakan dua resistor pull-up ini, satu untuk setiap input, ketika sakelar “A” atau “B” terbuka (OFF), input secara efektif terhubung ke rel supply +5V melalui resistor pull-up. Hasilnya adalah karena ada sangat sedikit arus input ke input gerbang logika, sangat sedikit tegangan yang dijatuhkan di resistor pull-up sehingga hampir semua tegangan supply +5V diterapkan pada pin input yang menciptakan TINGGI, Kondisi logika “1”.
Ketika sakelar “A”, atau “B” ditutup, (OFF) input disingkat ke ground (RENDAH) menciptakan kondisi logika “0” seperti sebelumnya pada input. Namun, kali ini kami tidak menyingkat rel supply karena resistor pull-up hanya melewati arus kecil (sebagaimana ditentukan oleh hukum Ohm) melalui sakelar tertutup ke ground.
Hitung:
Gerbang logika, microcontroller, dan rangkaian digital semacam itu yang memiliki output-collector terbuka, tidak mampu menarik output-ya TINGGI karena tidak ada jalur internal ke tegangan supply, (Vcc). Kondisi ini berarti bahwa output mereka grounded ketika RENDAH, atau mengambang ketika TINGGI, sehingga resistor pull-up eksternal, (Rp) perlu dihubungkan dari terminal open-collector dari transistor pull-down ke supply Vcc.
Gerbang logika digital dapat digunakan untuk koneksi ke rangkaian atau perangkat eksternal tetapi harus berhati-hati untuk memastikan bahwa input atau output berfungsi dengan benar dan menyediakan kondisi switching yang diharapkan.
Gerbang logika digital modern, IC dan microcontroller mengandung banyak input, yang disebut “pin” serta satu atau lebih output, dan input dan output ini harus diatur dengan benar, baik TINGGI atau RENDAH agar rangkaian digital berfungsi dengan benar.
Kita tahu bahwa Gerbang Logika adalah blok bangunan paling dasar dari rangkaian logika digital apa pun dan bahwa dengan menggunakan kombinasi dari tiga gerbang logika dasar, gerbang logika AND, gerbang logika OR dan gerbang logika NOT, kita dapat membangun Rangkaian Kombinasional yang cukup kompleks. Tetapi sebagai logika digital, rangkaian ini hanya dapat memiliki satu dari dua keadaan logika, yang disebut keadaan logika "0" atau keadaan logika "1".
Keadaan logika ini diwakili oleh dua level tegangan yang berbeda dengan tegangan di bawah satu level yang dianggap sebagai logika "0", dan setiap voltase di atas level lain dianggap sebagai logika "1". Jadi misalnya, jika dua level tegangan adalah 0V dan +5V, maka 0V mewakili logika "0" dan +5V mewakili logika "1".
Jika input ke gerbang logika logika digital atau rangkaian tidak berada dalam rentang yang dapat dirasakan sebagai input logika “0” atau input logika “1”, maka rangkaian digital dapat memicu pemicu palsu karena gerbang atau rangkaian tidak kenali nilai input yang benar, karena TINGGI mungkin tidak cukup tinggi atau RENDAH mungkin tidak cukup rendah.
Namun, ketika sakelar “a” dibuka (OFF), berapakah nilai tegangan yang diterapkan pada input “A”, TINGGI atau RENDAH? Kami menganggap itu akan menjadi +5V (TINGGI) karena sakelar “a” adalah rangkaian terbuka dan oleh karena itu input “A” tidak disingkat menjadi ground, tetapi ini mungkin bukan masalahnya.
Karena input sekarang secara efektif tidak terhubung baik dari kondisi TINGGI atau RENDAH yang ditetapkan, ia memiliki potensi untuk "mengambang" sekitar antara 0V dan +5V (Vcc) yang memungkinkan input untuk melakukan bias sendiri pada tingkat tegangan apa pun apakah itu merupakan kondisi TINGGI atau RENDAH.
Situasi yang tidak pasti ini dapat menyebabkan input digital pada "A" tetap pada level logika "0" (RENDAH) ketika sakelar terbuka, ketika kita benar-benar membutuhkan logika "1", (TINGGI) menyebabkan gerbang logika beralih secara salah output di "Q".
Begitu juga di sana, sinyal input mengambang dan lemah ini dapat dengan mudah mengubah nilai pada gangguan atau kebisingan sekecil apa pun dari input tetangga atau bahkan dapat menyebabkannya masuk ke osilasi, membuat gerbang praktis tidak dapat digunakan. Situasi yang sama juga berlaku sehubungan dengan pengalihan input "B".
Kemudian untuk mencegah switching rangkaian digital yang tidak disengaja, input apa pun yang tidak terhubung yang disebut "input mengambang" harus diikat ke logika "1" atau logika "0" yang sesuai untuk rangkaian.
Kita dapat dengan mudah melakukan ini dengan menggunakan apa yang biasa disebut Pull-up Resistor dan Pull-down Resistor untuk memberikan pin input keadaan default yang ditetapkan, bahkan jika sakelar terbuka, tertutup atau tidak ada yang terhubung dengannya.
Saat membangun rangkaian elektronik digital, umumnya Anda akan memiliki beberapa gerbang atau kait cadangan dalam satu paket IC yang tersisa, atau desain rangkaian menghasilkan tidak semua input gerbang multi-input digunakan.
Input logika yang tidak digunakan ini dapat diikat bersama atau dihubungkan ke tegangan tetap, menggunakan resistor bernilai tinggi ke tegangan Vcc, yang dikenal sebagai pull-up atau melalui Resistor bernilai rendah ke 0V (GND), yang dikenal sebagai pull-down. Input yang tidak digunakan ini tidak boleh dibiarkan mengambang begitu saja.
Pull-up Resistor
Metode yang paling umum untuk memastikan bahwa input gerbang logika digital dan rangkaian tidak bias sendiri dan mengapung adalah dengan menghubungkan pin yang tidak terpakai langsung ke ground (0V) untuk input “0” rendah yang konstan, (gerbang OR dan gerbang NOR ) atau langsung ke Vcc (+5V) untuk input “1” yang tinggi dan konstan (gerbang AND dan gerbang NAND). Oke, mari kita lihat lagi dua input yang kami alihkan dari atas.Anda mungkin berpikir bahwa ini akan berfungsi dengan baik seperti ketika sakelar "a" terbuka (OFF), input terhubung ke Vcc (+5V) dan ketika sakelar ditutup (ON), input terhubung ke ground seperti sebelumnya, lalu input "A" atau "B" selalu memiliki status default terlepas dari posisi sakelar.
Namun, ini adalah kondisi yang buruk karena ketika salah satu sakelar ditutup (ON), akan ada hubungan arus pendek langsung antara supply +5V dan ground, yang mengakibatkan aliran arus berlebih baik meniup sekring atau merusak rangkaian yang bukan sesuatu baik. Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan resistor pull-up yang terhubung antara pin input dan rel supply +5V seperti yang ditunjukkan.
Aplikasi Pull-up Resistor
Dengan menggunakan dua resistor pull-up ini, satu untuk setiap input, ketika sakelar “A” atau “B” terbuka (OFF), input secara efektif terhubung ke rel supply +5V melalui resistor pull-up. Hasilnya adalah karena ada sangat sedikit arus input ke input gerbang logika, sangat sedikit tegangan yang dijatuhkan di resistor pull-up sehingga hampir semua tegangan supply +5V diterapkan pada pin input yang menciptakan TINGGI, Kondisi logika “1”.
Ketika sakelar “A”, atau “B” ditutup, (OFF) input disingkat ke ground (RENDAH) menciptakan kondisi logika “0” seperti sebelumnya pada input. Namun, kali ini kami tidak menyingkat rel supply karena resistor pull-up hanya melewati arus kecil (sebagaimana ditentukan oleh hukum Ohm) melalui sakelar tertutup ke ground.
Dengan menggunakan resistor pull-up dengan cara ini, input selalu memiliki status logika default, "1" atau "0", tinggi atau rendah, tergantung pada posisi sakelar, sehingga mencapai fungsi output gerbang yang tepat. pada "Q" dan karena itu mencegah input melayang atau membiasakan diri memberi kita persis kondisi switching yang kita butuhkan.
Sementara hubungan antara Vcc dan input (atau output) adalah metode yang lebih direkomendasikan untuk menggunakan resistor pull-up, pertanyaan muncul sebagai bagaimana kita menghitung nilai resistansi yang diperlukan untuk memastikan operasi input yang benar.
Menghitung Nilai Pull-up Resistor
Semua gerbang logika digital, rangkaian, dan microcontroller dibatasi tidak hanya oleh tegangan operasinya, tetapi juga pada kemampuan sinking dan sumber arus dari setiap pin input.
Rangkaian logika digital beroperasi menggunakan dua keadaan biner yang biasanya diwakili oleh dua tegangan yang berbeda: tegangan tinggi VH untuk logika “1” dan tegangan rendah VL untuk logika “0”. Tetapi dalam masing-masing dari dua keadaan tegangan ini, ada kisaran tegangan yang menentukan tegangan atas dan bawah dari kedua kondisi biner ini.
Jadi misalnya, untuk seri TTL 74LSxxx dari gerbang logika digital, rentang tegangan mewakili level logika “1” dan level logika “0” ditunjukkan.
Di mana: VIH(min) = 2.0V adalah tegangan input minimum yang dijamin akan dikenali sebagai logika “1” (tinggi) input dan VIL(max) = 0.8V adalah tegangan input maksimum yang dijamin akan diakui sebagai logika “0” (rendah) input.
Dengan kata lain, sinyal input TTL 74LSxxx antara 0 dan 0.8V dianggap "RENDAH", dan sinyal input antara 2.0 dan 5.0V dianggap "TINGGI". Setiap tegangan antara 0.8 dan 2.0 volt tidak dikenali sebagai logika “1” atau logika “0”.
Ketika gerbang logika dihubungkan bersama, arus mengalir antara output dari satu gerbang logika dan input dari gerbang logika lainnya. Jumlah arus yang diperlukan oleh input gerbang logika TTL dasar tergantung pada apakah input tersebut adalah logika “0” (RENDAH) atau logika “1” (TINGGI) karena ini menciptakan tindakan arus-source untuk logika “0” dan tindakan arus-sinking untuk logika "1".
Ketika input gerbang logika adalah TINGGI, arus mengalir ke input TTL karena input pada dasarnya bertindak sebagai jalur yang terhubung langsung ke ground. Arus input ini, IIH(max) bernilai positif karena mengalir "ke" gerbang dan untuk sebagian besar input TTL 74LSxxx memiliki nilai 20μA.
Demikian juga, ketika input gerbang logika adalah RENDAH, arus mengalir keluar dari input TTL karena input pada dasarnya bertindak sebagai jalur yang terhubung langsung ke Vcc. Arus input ini, IIL(max) bernilai negatif karena mengalir "keluar" dari gerbang dan untuk sebagian besar input TTL 74LSxxx, memiliki nilai -400μA, (-0.4mA).
Perhatikan bahwa nilai tegangan dan arus TINGGI dan RENDAH berbeda antara keluarga logika TTL dan juga jauh, jauh lebih rendah untuk keluarga logika CMOS. Juga tegangan input dan arus persyaratan untuk microcontroller, PIC, Arduino, Raspberry Pie, dll juga akan berbeda jadi silakan berkonsultasi dengan lembar data mereka terlebih dahulu.
Dengan mengetahui informasi di atas, kita dapat menghitung nilai resistor pull-up maksimum yang diperlukan untuk gerbang logika seri TTL 74LS tunggal sebagai:
Nilai Pull-up Resistor Gerbang Tunggal
Kemudian menggunakan Hukum Ohm, resistansi pull-up maksimum yang diperlukan untuk menurunkan 3 volt untuk gerbang logika seri TTL 74LS tunggal adalah 150kΩ. Sementara nilai yang dihitung ini akan bekerja, ia tidak meninggalkan ruang untuk kesalahan karena penurunan tegangan resistor secara maksimal sedangkan arus input pada minimum.
Idealnya kita ingin logika "1" sedekat mungkin dengan Vcc untuk menjamin 100% bahwa gerbang melihat input TINGGI (logika-1) melalui resistor pull-up. Mengurangi nilai resistif resistor pull-up ini akan memberi kita margin kesalahan yang lebih besar jika toleransi resistor atau tegangan supply tidak dihitung. Namun, kami tidak ingin nilai resistor terlalu rendah karena hal ini akan meningkatkan aliran arus ke gerbang yang meningkatkan disipasi daya.
Jadi jika kita mengasumsikan penurunan tegangan hanya satu volt, (1.0V) melintasi resistor yang memberikan tegangan input dua kali lipat pada 4 volt, perhitungan cepat akan memberi kita nilai resistor pull-up tunggal 50kΩ. Mengurangi nilai resistif lebih lanjut, akan menghasilkan penurunan tegangan yang lebih kecil tetapi meningkatkan arus.
Maka kita dapat melihat bahwa sementara mungkin ada nilai resistif maksimum yang diijinkan, nilai resistansi untuk resistor pull-up biasanya tidak begitu penting dengan nilai resistansi berkisar antara 10k hingga 100k ohm yang dapat diterima.
Contoh sederhana di atas memberi kita nilai maksimum resistor pull-up yang diperlukan untuk membiaskan satu gerbang TTL. Tapi kita juga bisa menggunakan resistor yang sama untuk bias beberapa input ke nilai logika "1". Misalnya, mari kita asumsikan kita telah membangun rangkaian digital dan ada sepuluh input gerbang logika yang tidak digunakan.
Sebagai gerbang TTL 74LS standar tunggal, memiliki arus input, IIH(max) 20μA (juga disebut sebagai fan-in 1), maka sepuluh gerbang logika TTL akan membutuhkan total arus: 10 x 20μA = 200μA yang mewakili fan-in dari 10. Jadi nilai resistif maksimum dari pull-up resistor yang dibutuhkan untuk men-supply sepuluh input yang tidak digunakan akan dihitung sebagai berikut:
Nilai Pull-up Resistor Gerbang Ganda
Di sini fan-in diberikan sebagai 10, tetapi jika “n” input TTL dihubungkan bersama maka arus melalui resistansi akan menjadi “n” kali IIH(max). Sekali lagi seperti sebelumnya, resistansi 15kΩ ini mungkin merupakan nilai perhitungan yang tepat, tetapi tidak memberikan ruang untuk kesalahan sehingga mengurangi penurunan tegangan menjadi satu volt (atau nilai apa pun yang Anda inginkan) memberikan nilai resistif hanya 5kΩ.
Contoh Pull-up dan Pull-down Resistor No.1
Dua TTL 74LS00 Gerbang logika NAND bersama dengan sakelar SPDT (single-poke double throw) harus digunakan untuk membuat flip-flop bistable Set-Reset yang sederhana.
Hitung:
1). Nilai pull-up resistor maksimum jika tegangan yang mewakili input logika TINGGI harus ditahan pada 4.5 volt ketika sakelar terbuka, dan
2). Arus mengalir melalui resistor ketika sakelar ditutup (asumsikan tahanan kontak nol). Juga gambar rangkaian.
Data yang diberikan: Vcc = 5V, VIH = 4.5V, dan IIH(max) = 20μA
1). Nilai Resistor Pull-up, RMAX
2). Arus Resistor, IR
Rangkaian Set-Reset Bistable
Pull-down Resistor
Sebuah pull-down resistor bekerja dengan cara yang sama seperti resistor pull-up sebelumnya, kecuali kali ini input gerbang logika diikat ke ground, level logika “0” (RENDAH) atau bisa jadi TINGGI dengan pengoperasian sakelar mekanis.
Konfigurasi resistor pull-down ini sangat berguna untuk rangkaian digital seperti kait, Pencacah (counter), dan flip-flop yang memerlukan pemicu sekali tembak positif ketika sakelar ditutup sebentar untuk menyebabkan perubahan keadaan.
Walaupun mereka tampaknya beroperasi dengan cara yang sama seperti resistor pull-up, nilai resistif dari resistor pull-down pasif lebih penting dengan gerbang logika TTL daripada dengan gerbang CMOS yang serupa. Ini karena sumber input TTL jauh lebih banyak arus keluar dari inputnya dalam keadaan RENDAH.
Dari atas kita melihat bahwa level tegangan maksimum yang mewakili logika “0” (rendah) untuk gerbang logika seri TTL 74LSxxx adalah antara 0 dan 0.8 volt, (VIL(max) = 0.8V). Juga ketika RENDAH, gerbang sumber arus ke nilai 400μA, (IIL = 400μA). Nilai resistor pull-down maksimum untuk gerbang logika TTL tunggal karena itu dihitung sebagai:
Nilai Pull-down Resistor Gerbang Tunggal
Kemudian nilai resistor pull-down maksimum dihitung sebagai 2kΩ. Sekali lagi, seperti dengan perhitungan resistor pull-up, nilai resistor 2kΩ ini tidak meninggalkan ruang untuk kesalahan karena penurunan tegangan maksimum.
Jadi jika resistansi terlalu besar, penurunan tegangan pada resistor pull-down dapat menghasilkan tegangan input gerbang di luar kisaran tegangan RENDAH yang normal, jadi untuk memastikan perpindahan yang benar, lebih baik memiliki tegangan input 0.5 volt atau kurang.
Oleh karena itu jika kita mengasumsikan penurunan tegangan hanya 0.4 volt di resistor, perhitungan cepat akan memberi kita nilai resistor pull-down tunggal 1kΩ. Mengurangi nilai resistif lebih jauh, akan menghasilkan penurunan tegangan yang lebih kecil yang mengikat input lebih lanjut ke ground (rendah). Nilai lembar data ini 400μA atau 0.4mA (IIL) adalah nilai arus RENDAH minimum tetapi mungkin lebih tinggi.
Selain itu, menghubungkan input secara bersamaan akan menghasilkan arus yang lebih besar melalui resistor. Sebagai contoh, fan-in 10 akan menghasilkan 10 x 400μA = 4.0mA yang membutuhkan resistansi pull-down 100Ω.
Tetapi Anda mungkin berpikir, mengapa menggunakan resistor pull-down di semua ketika koneksi langsung ke ground (0V) akan menghasilkan RENDAH yang diperlukan ?.
Sambungan langsung ke ground tanpa resistor pull-down pasti akan berfungsi dalam banyak kasus, tetapi karena input gerbang terikat secara permanen ke ground, penggunaan resistor membatasi arus yang mengalir keluar dari input sehingga mengurangi kehilangan daya sambil tetap mempertahankan kondisi logika "0".
Output Open-collector
Sejauh ini kita telah melihat bahwa kita dapat menggunakan resistor pull-up atau resistor pull-down untuk mengontrol level tegangan gerbang logika. Tetapi kita juga dapat menggunakan resistor pull-up pada output gerbang untuk memungkinkan teknologi gerbang yang berbeda dihubungkan, misalnya TTL ke CMOS atau untuk aplikasi penggerak saluran transmisi yang membutuhkan arus dan tegangan yang lebih tinggi.
Untuk mengatasi hal ini, beberapa gerbang logika dibuat dengan kolektor dari gerbang output internal yang dibiarkan terbuka yang berarti bahwa gerbang logika tidak benar-benar menggerakkan output TINGGI, hanya RENDAH sebagai tugas resistor pull-up eksternal untuk melakukan ini.
Salah satu contohnya adalah TTL 74LS01, Quad 2-input gerbang logika NAND yang memiliki output kolektor terbuka, yang berlawanan dengan TTL 74LS00 standar, Quad 2-input gerbang logika NAND.
Open-collector, (OC) atau open-drain untuk CMOS, output biasanya digunakan dalam buffer/inverter/driver IC (TTL 74LS06, 74LS07) memungkinkan untuk arus output yang lebih besar dan/atau kemampuan tegangan daripada yang Anda dapatkan dengan gerbang logika biasa. Misalnya untuk menggerakkan beban besar seperti Indikator LED, Relai kecil atau Motor DC. Bagaimanapun juga, prinsip dan penggunaan resistor pull-up hampir sama dengan input.
Dengan resistor pull-up tersambung, output masih bekerja dengan cara yang sama dengan gerbang logika normal ketika ketika output transistor OFF (open), outputnya TINGGI, dan ketika transistor ON (closed), output rendah. Dengan demikian transistor ON untuk menarik output ke tingkat RENDAH.
Ukuran resistor pull-up tergantung pada beban yang terhubung dan penurunan tegangan melintasi resistor ketika transistor OFF. Ketika output RENDAH, Transistor harus dapat menenggelamkan (sink) arus beban melalui resistor pull-up. Demikian juga, ketika output TINGGI, arus melalui resistor pull-up harus cukup tinggi untuk apa pun yang terhubung dengannya.
Seperti yang kita lihat sebelumnya dengan input, output dari gerbang logika digital beroperasi menggunakan dua keadaan biner yang diwakili oleh dua tegangan yang berbeda: tegangan tinggi VH untuk logika 1 dan tegangan rendah VL untuk logika 0. Dalam masing-masing dari dua keadaan tegangan ini, ada kisaran tegangan yang menentukan tegangan atas dan bawahnya.
VOH(min) adalah tegangan output minimum yang dijamin akan diakui sebagai output logika “1” (TINGGI) dan untuk TTL ini diberikan pada 2.7 volt. VOL(max) adalah tegangan output maksimum yang dijamin akan dikenali sebagai output logika “0” (RENDAH) dan untuk TTL ini diberikan sebagai 0.5 volt. Dengan kata lain, tegangan output TTL 74LSxxx antara 0 dan 0.5V dianggap "RENDAH", dan tegangan output antara 2.7 dan 5.0V dianggap "TINGGI".
Jadi ketika menggunakan gerbang logika open-collector, nilai resistor pull-up yang diperlukan ditentukan dari persamaan berikut:
Nilai Open-collector Resistor Pull-up
Di mana nilai untuk 7401 open collector gerbang NAND diberikan sebagai: Vcc = 5V, VOL = 0.5V, dan IOL(max) = 8mA. Perhatikan bahwa penting untuk menghitung resistor pull-up yang sesuai karena arus yang melalui resistor tidak boleh melebihi IOL(max).
Kami mengatakan sebelumnya bahwa gerbang logika open collector sangat ideal untuk menggerakkan beban yang membutuhkan level tegangan dan arus yang lebih tinggi, seperti indikator LED. TTL 74LS06 Hex Inverter Buffer/Driver memiliki peringkat IOL(max) 40 mA (bukan 8mA untuk 74LS01) dan peringkat VOH(max) 30 volt bukannya 5 volt biasa (tetapi IC itu sendiri HARUS gunakan supply 5V). Maka 74LS06 akan memungkinkan kita untuk mendorong beban hingga 40mA arus.
Contoh Pull-up dan Pull-down Resistor No.2
Driver Inverter Hex 74LS06 diperlukan untuk mengontrol indikator LED merah tunggal dari catu 12 volt. Jika LED membutuhkan 15mA pada penurunan tegangan 1.7V dan VOL dari HEX Inverter ketika ON sepenuhnya adalah 0.1 volt, hitung nilai resistor pembatas arus yang diperlukan untuk menggerakkan LED.
Kita dapat menggunakan driver open-collector dengan cara yang sama untuk menggerakkan relai elektromekanis kecil, lampu atau motor dc karena perangkat ini biasanya membutuhkan 5V atau 12V atau lebih, pada arus sekitar 10 hingga 20 mA untuk beroperasi dengan benar.
Dua atau lebih output open-collector gerbang TTL dapat dihubungkan secara langsung bersama dan diikat melalui resistor pull-up eksternal tunggal. Hasilnya adalah bahwa output secara efektif AND'ed bersama karena kombinasi berperilaku seolah-olah gerbang terhubung ke gerbang AND. Jenis konfigurasi ini disebut kabel logika AND.
Ringkasan Pull-up dan Pull-down Resistor
Kita telah melihat di sini dalam tutorial ini tentang resistor pull-up dan pull-down pasif yang ketika dibiarkan terbuka, input gerbang logika digital mungkin bias sendiri atau mengapung ke tingkat logika apa pun yang mereka pilih dan banyak kesalahan pengalihan dapat dilacak. kembali ke pin input yang tidak terhubung dan mengambang.
Sebuah resistor pull-up menghubungkan pin input yang tidak digunakan (gerbang AND dan gerbang NAND) ke tegangan supply dc, (Vcc) untuk menjaga input yang diberikan TINGGI. Sebuah resistor pull-down menghubungkan pin input yang tidak digunakan (gerbang OR dan gerbang NOR) ke ground, (0V) untuk menjaga input yang diberikan RENDAH.
Nilai resistansi untuk resistor pull-up biasanya tidak begitu kritis tetapi harus mempertahankan tegangan pin input di atas VIH. Penggunaan resistor pull-up 10kΩ adalah umum tetapi nilainya dapat berkisar dari 1k hingga 100k ohm.
Resistor pull-down sedikit lebih kritis karena tingkat tegangan input rendah, VIL(max) dan arus IIL yang lebih tinggi. Penggunaan resistor pull-down 100Ω adalah yang paling umum tetapi mereka dapat berkisar pada nilai resistif dari 50 hingga 1k ohm.
Gerbang logika digital dengan output open-collector (dalam hal logika TTL) atau output open-drain (dalam kasus logika CMOS) output harus terhubung ke resistor pull-up eksternal antara pin output dan catu daya atau power supply dc untuk membuat gerbang logika melakukan fungsi logika yang dimaksud.
Keuntungan menggunakan open-collector/open-drain adalah kemampuannya untuk mengganti tegangan dan arus yang lebih tinggi atau kemampuannya menyediakan operasi ANDing kabel. Beberapa gerbang open-collector, seperti 74LS06 mampu menggerakkan muatan yang lebih besar karena outputnya dapat dihubungkan ke supply hingga 30 volt melalui resistor pull-up eksternal.