上拉電阻和下拉電阻原理及作用

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）開路輸出型電路（如普通門電路，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，可以理解為無窮大，這個(gè)時(shí)候通過上拉電阻（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是通過剛才的上拉電阻（如4.7K歐，10K歐電阻）連接的，通過的電流很小，可以忽略不計(jì)。

電平值的大小、高低是相對(duì)于地電平來說的，因此在看電平值的大小時(shí)要參考地的電平值來看?？纯茨切┮_是否接到地上，與自己是否連接外圍器件沒有關(guān)系，因?yàn)槠鋵?shí)高電平還是低電平是相對(duì)于地平面來說的。

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，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?，所以電流?huì)通過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)的電勢就是低電平。

可以這么認(rèn)為，對(duì)于IC的I/O端口來說，IC內(nèi)部通過控制高低電平相當(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來說是高阻，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，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