¿Qué es una resistencia push-up/pull-up?

Question

_{<em>A.S. </em>La pregunta <em><a href="https://electronics.stackexchange.com/questions/135723/a-question-on-pull-up-resistors">Una pregunta sobre las resistencias pull up </a></em>responde sólo a una parte de mi pregunta <strong>como ya se mencionó en "EDIT" </strong>realizado poco después de que se formulara esta pregunta y las respuestas aquí (a continuación) son muy detalladas, en contexto y fáciles de entender. Definitivamente no es un duplicado; marcado como duplicado por 2-3 puntos}

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Estoy leyendo un libro sobre Arduino y no entiendo el concepto de resistencia push-up, lo siguiente es una cita del libro:

¿Por qué necesitamos la resistencia R1? R1 garantiza que el pin 7 de la entrada digital del Arduino esté conectado a una tensión constante de +5V siempre que el pulsador no esté pulsado. Si se pulsa el pulsador, la señal en el pin 7 cae a tierra (GND), al mismo tiempo que la alimentación de +5V del Arduino está conectada a GND, evitamos un circuito en cortocircuito limitando la corriente que puede fluir de +5V a GND con una resistencia (1 - 10 K). Además, si no hubiera ninguna conexión del pin 7 a +5V, el pin de entrada estaría "flotando" siempre que el pulsador no estuviera presionado. Esto significa que no está conectado ni a GND ni a +5V, recogiendo el ruido electrostático que lleva a un falso disparo de la entrada.

Otro libro lo llamó Arduino's pull-up resistencia porque tira de la corriente hacia 5V Lo que me confunde aún más: ¿cómo puede una resistencia aumentar la tensión, no debería caer la tensión?

Editar - gracias a @Golaž por señalar material útil en Una pregunta sobre las resistencias pull up , en los comentarios _{(esta edición se insertó el 30 de marzo a las ~6)} .

Entonces, ¿qué es todo este concepto? ¿Y qué término push-up/pull-up es el correcto?

También, con referencia a ese circuito de arriba -

1. ¿Qué es? flotante ¿Pin?
2. ¿Cómo funciona el R1 evitar un circuito en cortocircuito ? ¿Por qué se considera un cortocircuito y no un circuito cerrado? Después de todo GND es un fregadero.
3. ¿Es un problema grave un cortocircuito a sólo 5 V?

Ya he leído:

• ¿Cuáles son los mecanismos que actúan en un circuito de resistencias pull-up o pull-down con un pulsador y un GPIO?
• Push-pull/drenaje abierto; pull-up/pull-down

Pero sigo sin entenderlo del todo.

Answer 1

"Pull-up" se utiliza más a menudo en el diseño de circuitos que "push-up". Pero me imagino que cualquiera lo entenderá de cualquier manera.

La resistencia de pull-up no está aumentando el voltaje. Simplemente está conectando la alimentación de 5V que ya existe al pin de entrada digital del Arduino. Los pines de entrada digital están diseñados para tener una resistencia interna muy alta, por lo que muy poca corriente fluirá en el pin. Si fluye muy poca corriente a través de una resistencia, el voltaje a ambos lados de la resistencia será aproximadamente el mismo. Así que R1 tendrá aproximadamente 5V en ambos lados. Esto significa, lo más importante, que el voltaje en el pin de entrada será de 5V cuando el interruptor no esté siendo presionado.

Nota: Las flechas representan el flujo de corriente.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Cada vez que el Arduino mide el estado del pin de entrada digital, sólo puede elegir una de las dos opciones: alto o bajo. Hay que conectar algún dispositivo externo a ese pin (en su caso, un interruptor) para aplicar una tensión alta o una tensión baja.

¿Pero qué pasa si no hay nada conectado a la clavija? Podrías estar tentado a decir que debería leerse como un voltaje bajo. Por desgracia, eso no es correcto. A esta condición la llamamos "flotante". El pin no está siendo activamente conducido a un nivel alto o bajo por un dispositivo externo, por lo que sólo está flotando en un estado desconocido. Esto es peligroso porque el Arduino todavía debe elegir alto o bajo cuando mide el pasador. No puede elegir "ninguno" como opción. ¿Cuál elegirá? Quién lo sabe. De hecho, la propia clavija metálica actuará como una pequeña antena y puede verse afectada por cualquier campo electrostático cercano. El simple hecho de mover la mano cerca del chip puede hacer que cambie de estado esporádicamente. Moraleja: NUNCA dejar una entrada digital flotante.

La única función de la resistencia de pull-up es evitar que el pin flote cuando el interruptor no está presionado.

Una vez que el interruptor está realmente presionado, la alimentación de 5V tiene un camino a tierra a través de la resistencia de pull-up y el interruptor cerrado. Pero la resistencia limitará la corriente a una cantidad razonable, lo que evita un cortocircuito a tierra. Usando la Ley de Ohm, el voltaje en la parte inferior de la resistencia estará ahora muy cerca de 0V. Como ahí es donde está conectado el pin de entrada digital, el Arduino leerá un voltaje bajo. Ahora el firmware programado en el Arduino puede leer con seguridad el estado del pin de entrada digital y determinar cuándo se está pulsando el botón.

simular este circuito

Entonces, ¿por qué no conectamos la alimentación de 5V directamente al pin de entrada digital y prescindimos de la resistencia de pull-up? Como indicaste en tu pregunta, eso hará que la fuente de 5V haga un cortocircuito a tierra cuando se pulse el interruptor. Dependiendo del tamaño de la fuente de alimentación, podría causar un flujo masivo de corriente a través del interruptor. Podría dañar la fuente de alimentación y posiblemente fundir el botón. Como mínimo, la fuente de alimentación se oscurecerá o se apagará y la salida de alimentación caerá casi a cero. Si la fuente de alimentación es inteligente, simplemente se apagará. Así que sí, un cortocircuito a tierra es un problema serio a "sólo 5V".

simular este circuito

Answer 2

El término correcto es pull up. Nunca he oído hablar de push up, pero supongo que significa lo mismo.

1. Un pin flotante es aquel que no tiene tensión asociada. Un trozo de cable no conectado a nada es flotante.

2. Véase más abajo.

3. Esta es difícil. Depende del contexto. Y por el aspecto de tu pregunta, un cortocircuito puede significar que una tensión está en cortocircuito con la tierra. Esto es malo. Muy malo. No hagas esto. Incluso 1V en cortocircuito a tierra es malo sin una resistencia.

Se puede pensar en una fuente de tensión como una tensión fija con una corriente variable. Esto significa que la fuente dará tanta corriente como necesite para mantener esos 5V.

El problema de cortocircuitar las tensiones a tierra es que la alimentación quiere dar algo de tensión (con respecto a tierra). Pero la salida de voltaje es 0V (porque está atado a tierra). Entonces, ¿qué hace la fuente de alimentación para llegar a su nivel de tensión? Aumenta la corriente. La corriente entonces aumenta, pero el voltaje sigue siendo 0, por lo que sigue aumentando y aumentando. Otros circuitos no serán capaces de manejar esto, y se calientan y explotan. Las trazas de la PCB o los cables que está utilizando no pueden manejar esto, por lo que se calientan, se incendian, o simplemente se rompen.

¿Cómo se soluciona este problema? Añade algo en medio para controlar la corriente a un valor seguro. Añade una resistencia (que es la respuesta al punto 2).

Al añadir una resistencia, la alimentación no tiene que dar una corriente infinita (o prácticamente, lo que es su límite) porque la resistencia dice "¡Eh!

Answer 3

Ya que otros han tratado el tema de la resistencia pullup, me limitaré a resaltar los peligros de unos simples 5v.

Hace un tiempo desguacé un viejo ordenador Sun, y me quedé con la fuente de alimentación durante un tiempo. Tenía una salida de 5v. Accidentalmente hice un cortocircuito. Los más de 100 amperios que fluían por el cortocircuito se comieron el punto de contacto por unos 1/8 de pulgada antes de que los fusibles se fundieran.

Entonces, ¿qué pasó? Era una gran fuente de alimentación de más de 100 amperios a 5v durante el funcionamiento normal. A medida que la resistencia disminuía, la corriente aumentaba hasta que comenzó la corrosión por arco del contacto de cobre y superó la corriente nominal de la fuente de alimentación por un margen lo suficientemente grande como para fallar. Recuerde que si \$i={v\over r}\$ y \$v=5\$ entonces \$\lim_{r\to0}{5\over r} = \infty\$ Afortunadamente, hay otros límites en la corriente.

Answer 4

La respuesta más sencilla a la pregunta anterior es "se añade una resistencia de pull up sólo para mantener el pin en un estado concreto en lugar de que esté en estado de flotación". Esto se debe a que cuando el pin está flotando la deriva marginal en el voltaje de alta impedancia puede considerarlo a un estado particular (ya sea alto o bajo). Por lo tanto, siempre es preferible tener una resistencia de pull-up para tales pines.