مقاومة السحب لأعلى

في الدوائر المنطقية الإلكترونية ، يُستخدم مقاوم السحب لأعلى ( PU ) أو مقاوم السحب لأسفل ( PD ) لضمان حالة معروفة للإشارة. ^{[ 1 ]} وبشكل أكثر تحديدًا، يضمن مقاوم السحب لأعلى أو مقاوم السحب لأسفل أن يكون للسلك مستوى منطقي عالٍ أو مستوى منطقي منخفض، على التوالي، في حالة عدم وجود إشارة تحكم. ^{[ 2 ]} ويُستخدم عادةً مع مكونات مثل المفاتيح والترانزستورات والموصلات ، التي تقطع فعليًا أو كهربائيًا اتصال المكونات الأخرى بمصدر مستوى منطقي منخفض المقاومة ، مثل الأرض أو جهد التغذية الموجب (VCC _{) أو خرج دائرة منطقية يتم تشغيلها بنشاط، وبالتالي تتسبب في} تعويم مدخلات تلك المكونات (أي أن يكون لها جهد غير محدد ) - وهي حالة يمكن أن تؤدي إلى سلوك غير متوقع وربما ضار للدائرة. ^{[ 3 ]}

على سبيل المثال، في حالة مفتاح يقوم، عند إغلاقه، بتوصيل دائرة كهربائية بالأرض أو بجهد التغذية الموجب ، وبدون مقاومة سحب لأعلى أو لأسفل، ستظل الدائرة غير موصلة عند فتح المفتاح. في مثل هذه الحالات، تضمن مقاومة السحب لأعلى أو لأسفل تشغيل الدائرة بشكل مستقر وموثوق وآمن.

تُستخدم مقاومات السحب لأعلى والسحب لأسفل بطرق متنوعة. غالبًا ما تُوفر كأجهزة منفصلة، ​​مثبتة على نفس لوحة الدوائر مع الأجهزة المنطقية التي تستخدمها. توفر العديد من المتحكمات الدقيقة ووحدات FPGA مقاومات سحب لأعلى وسحب لأسفل داخلية قابلة للبرمجة لدبابيس الإدخال المنطقية الخاصة بها لتقليل الحاجة إلى مكونات خارجية.

في دائرة كهربائية ذات مفتاح مفتوح، لا يمر تيار كهربائي عبر ذلك الفرع. ولهذا السبب، لا تحدد قوانين كيرشوف الجهد عبر المفتاح المفتوح. قد يتغير الجهد بشكل غير متوقع نتيجة للضوضاء الكهربائية المحيطة ، وتيارات التسريب ، والسعة الطفيلية . ^{[ 4 ]} وبدون مصادر إضافية أو شروط حدودية، يظل الجهد غير محدد، وبالتالي يكون الجهد عبر المكونات المتصلة غير محدد أيضًا.

توفر المقاومة الرافعة (أو الرافعة السفلية) مسارًا محددًا لتدفق التيار إلى مصدر الجهد عندما يكون المفتاح مفتوحًا. وهذا يضمن ضبط الجهد عند العقدة المتصلة على مستوى معروف، عادةً ما يكون منطقيًا عاليًا (أو منخفضًا). وبذلك، يتم التخلص من عدم التحديد الناتج عن المفتاح المفتوح، مما يسمح لقوانين كيرشوف بتحديد الجهد بدقة.

يجب أن يتمتع مقاوم السحب بقيمة مقاومة مناسبة ليكون فعالاً ولا يؤثر على عمل الدائرة. ولتحقيق ذلك، يُفترض أن المكونات الأساسية ذات مقاومة لانهائية أو عالية بما يكفي ، وهو ما يُضمن، على سبيل المثال، في البوابات المنطقية المصنوعة من ترانزستورات FET . في هذه الحالة، عندما يكون المفتاح مفتوحًا، يكاد ينعدم انخفاض الجهد عبر مقاوم السحب (ذي المقاومة المنخفضة بما يكفي )، وتبدو الدائرة كسلك موصول مباشرة بجهد التغذية الموجب . من ناحية أخرى، عندما يكون المفتاح مغلقًا، يجب أن يتمتع مقاوم السحب بمقاومة عالية بما يكفي مقارنةً بالمفتاح المغلق حتى لا يؤثر على التوصيل بالأرض. يمكن استخدام هذين الشرطين معًا لاستنتاج قيمة مناسبة لمقاومة مقاوم السحب. مع ذلك، عادةً ما يتم استنتاج حد أدنى فقط، بافتراض أن المكونات الأساسية ذات مقاومة لانهائية بالفعل.

يُطلق على المقاومة ذات المقاومة المنخفضة نسبيًا (مقارنةً بالدائرة التي توجد فيها) اسم "مقاومة سحب قوية" أو "مقاومة سحب ضعيفة"؛ ^{[ 2 ]} فعندما تكون الدائرة مفتوحة، فإنها تسحب الخرج إلى مستوى عالٍ أو منخفض بسرعة كبيرة (تمامًا كما يتغير الجهد في دائرة RC )، ولكنها تسحب تيارًا أكبر. أما المقاومة ذات المقاومة العالية نسبيًا فتُسمى "مقاومة سحب ضعيفة" أو "مقاومة سحب ضعيفة"؛ ^{[ 2 ]} فعندما تكون الدائرة مفتوحة، فإنها تسحب الخرج إلى مستوى عالٍ أو منخفض ببطء أكبر، ولكنها تسحب تيارًا أقل. هذا التيار، الذي يُعدّ طاقة مهدرة في الأساس، لا يتدفق إلا عند إغلاق المفتاح، ولفترة وجيزة بعد فتحه حتى يتم تفريغ الشحنة المتراكمة في الدائرة إلى الأرض.

يُستخدم المقاوم الصاعد غالبًا مع وصلة توصيل أو مفتاح DIP لتوليد معلومات التكوين لنظام إلكتروني. يتم تركيب وصلة التوصيل لتوليد إشارة منطقية منخفضة، أو إزالتها لتوليد إشارة منطقية عالية.

• 
  مقاومة سحب لأعلى تُستخدم مع وصلة اختيارية لتوليد إشارة التكوين

في الحالات التي تقتصر فيها وظيفة أجهزة التبديل على سحب أو تزويد التيار، يمكن توصيل عدة مخارج بوحدة معالجة مشتركة (PU) أو وحدة توزيع مشتركة (PD). يُستخدم هذا عادةً لتنفيذ وظيفة OR السلكية أو NOR السلكية، أو للسماح لأجهزة تبديل نشطة متعددة (مثل مشغلات المجمع المفتوح) بنقل البيانات على ناقل مشترك.

• 
  دائرة OR سلكية باستخدام مفاتيح عالية الجهد ومقاومة سحب لأسفل
• 
  دائرة NOR سلكية تستخدم مفاتيح منخفضة الجانب ومقاومة سحب لأعلى
• 
  تستخدم عدة مشغلات ذات مجمع مفتوح مقاومة سحب مشتركة للإرسال على ناقل مشترك

يمكن استخدام مقاومة PD أو PU مشتركة بين مفتاحين أو أكثر موصولين على التوالي لتنفيذ وظيفة AND أو NAND سلكية. تُستخدم هذه الدوائر غالبًا لمراقبة مفاتيح التعشيق الآمنة، حيث تُفعّل حالة خرج منطقية عالية أو منخفضة، على التوالي، فقط عندما تكون جميع مفاتيح التعشيق مغلقة.

• 
  دائرة AND سلكية باستخدام مفاتيح موصولة على التوالي ومقاومة سحب لأسفل
• 
  دائرة NAND سلكية تستخدم مفاتيح موصولة على التوالي ومقاومة سحب لأعلى

يمكن استخدام مقاومات السحب لأعلى في مخارج الدوائر المنطقية التي لا تستطيع توفير تيار كافٍ (مثل دوائر TTL ذات المجمع المفتوح ) لضمان صحة الإشارة المنطقية العالية. في عائلات الدوائر المنطقية ثنائية القطب التي تعمل بجهد 5 فولت تيار مستمر، تتراوح قيمة مقاومة السحب لأعلى النموذجية بين 1000 و5000 أوم ، مما يوفر تيارًا كافيًا لضمان صحة الإشارة المنطقية العالية ضمن نطاقات التشغيل الكاملة لدرجة الحرارة وجهد التغذية. أما بالنسبة لدوائر CMOS و MOS المنطقية، فيمكن استخدام قيم مقاومة أعلى لأن مخارجها عادةً ما توفر تيارًا أكبر من دوائر TTL.

يمكن استخدام مقاومات السحب السفلي بأمان مع بوابات CMOS المنطقية لأن مدخلاتها تُتحكم بالجهد. أما مدخلات TTL المنطقية غير الموصولة فتكون بطبيعتها في حالة عالية، وتتطلب مقاومة سحب سفلي أقل لخفض مستوى الإشارة. يستهلك مدخل TTL القياسي عند مستوى منطقي "1" عادةً 40  ميكرو أمبير، ومستوى جهد أعلى من 2.4  فولت، مما يسمح باستخدام مقاومة سحب علوي لا تتجاوز 50 كيلو أوم؛ بينما من المتوقع أن يستهلك مدخل TTL عند مستوى منطقي "0" 1.6  مللي أمبير عند جهد أقل من 0.8  فولت، مما يتطلب مقاومة سحب سفلي أقل من 500 أوم. ^{[ 5 ]} يؤدي إبقاء مدخلات TTL غير المستخدمة في حالة منخفضة إلى استهلاك تيار أكبر. لهذا السبب، يُفضل استخدام مقاومات السحب العلوي في دوائر TTL.

تستهلك مقاومة السحب لأعلى أو لأسفل الطاقة عند مرور التيار الكهربائي فيها، مما يؤدي إلى توليد حرارة وهدر للطاقة. كما أن مقاومتها، بالإضافة إلى السعة الكهربائية الطفيلية في الدائرة، تُشكل مرشح تمرير منخفض يعمل على تمديد حواف الإشارة الصاعدة أو الهابطة، وبالتالي يحد من السرعة القصوى التي يمكن أن تعمل بها الدائرة. بعض عائلات الدوائر المنطقية حساسة لتقلبات التيار الكهربائي التي قد تُدخل إلى مداخل الدوائر المنطقية عبر مقاومات السحب لأعلى، مما قد يستدعي استخدام مصدر طاقة مُرشح منفصل لهذه المقاومات.

• Rp (USB) - نوع محدد من المقاومات الرافعة في موصلات USB-C
• Rd (USB) و Ra (USB) - أنواع محددة من مقاومات السحب لأسفل في موصلات USB-C
• منطق ثلاثي الحالات

• بول هورويتز ووينفيلد هيل ، فن الإلكترونيات ، الطبعة الثانية، مطبعة جامعة كامبريدج ، كامبريدج، إنجلترا، 1989، رقم ISBN 0-521-37095-7