¿Qué es una resistencia pull up y cómo se usa?

Imagen haciendo un circuito digital donde se requiere un botón para encender un LED. Cablea el circuito correctamente, conectando un extremo del botón pulsador a una entrada digital y tierra al otro. Cuando finalmente suministras energía, notas que el LED se enciende y se apaga sin que presiones el interruptor.

Si alguna vez ha observado situaciones como esta, es probable que haya olvidado agregar una resistencia pull-up a su circuito digital. Entonces, ¿qué es exactamente una resistencia pull-up? ¿Cómo funciona y cómo se usa uno?

¿Qué es una resistencia pull-up?

Una resistencia pull-up es una resistencia que agrega a un circuito digital para evitar señales no deseadas que pueden interferir con la lógica o la programación de su circuito. Es una forma de sesgar o llevar una línea de entrada a positivo o VCC cuando ningún otro dispositivo activo está impulsando la línea. Al llevar la línea a VCC, establece efectivamente el estado predeterminado de la línea en 1 o verdadero.

Establecer un estado predeterminado de todos los pines de entrada es importante para evitar señales aleatorias generadas durante su estado flotante. Un pin de entrada está en estado flotante cuando se desconecta de una fuente activa como tierra o VCC.

Las resistencias pull-up se usan típicamente en circuitos digitales que usan microcontroladores y computadoras de placa única.

Cómo funciona una resistencia pull-up en un circuito

Al usar un interruptor momentáneo en un circuito digital, presionar el interruptor hará que el circuito se cierre y transmita verdadero o alto al microcontrolador. Sin embargo, desconectar el interruptor no impedirá necesariamente que el pin de entrada envíe tales señales.

Esto se debe a que cortar la conexión a través de un interruptor significa que ya no está conectado a nada más que al aire. Esto hace que la línea esté en un estado flotante, donde las señales del entorno podrían hacer que el pin se eleve en un momento dado.

Para evitar que estas señales perdidas se registren en su circuito, deberá inyectar la línea de entrada con suficiente voltaje para que siga registrándose alto cuando ya no se detecte tierra. Sin embargo, no puede enchufar VCC directamente en la línea de entrada ya que el circuito se cortará tan pronto como el interruptor/sensor conecte la línea a tierra.

Para evitar un cortocircuito en el voltaje de pull-up, deberá usar una resistencia. Tener la resistencia del valor correcto asegurará que la línea flotante tenga suficiente voltaje para elevarse a un nivel alto y lo suficientemente bajo como para no cortocircuitar prematuramente el circuito. La cantidad de resistencia dependerá del tipo de lógica que esté usando su circuito.

Explicando las familias lógicas

Para calcular correctamente el valor de resistencia de su resistencia pull-up, necesitará saber qué tipo de lógica está usando su circuito para operar. La familia lógica que utiliza su circuito dictará el valor de resistencia que necesitará su resistencia pull-up.

Hay varios tipos de lógica. Éstos son algunos de ellos:

Si no está seguro de qué familia lógica está usando, es muy probable que su circuito esté usando familias lógicas CMOS o TTL, ya que ECL y DTL han quedado obsoletos durante mucho tiempo. Las marcas de chip con prefijos que usan "74" o "54" suelen ser chips TLL, mientras que las marcas de chip con "CD" o "MC" indican un chip CMOS. Si aún no está seguro, puede averiguar fácilmente qué familia lógica está utilizando su controlador haciendo una búsqueda rápida de su hoja de datos en línea.

Cómo calcular el valor de la resistencia pull-up

Ahora que comprende los diferentes tipos de familias lógicas y sus voltajes de encendido mínimo y apagado máximo, ahora podemos proceder a calcular los valores para nuestra resistencia pull-up.

Para calcular el valor correcto de la resistencia, necesitará tres valores. El voltaje mínimo de la familia lógica que usa su circuito, el voltaje de suministro del circuito y la corriente de fuga de entrada, que puede encontrar en la hoja de datos o por usando un multímetro.

Una vez que tenga todas las variables, simplemente puede insertarlas en la siguiente fórmula:

Valor de resistencia = (voltaje de suministro - alto voltaje lógico) / corriente de fuga de entrada

Por ejemplo, digamos que su circuito usa TTL y la línea de entrada usa 100uA a 5V. Sabemos que TTL necesita un mínimo de 2V para subir alto y un máximo de 0,8 voltios para subir bajo. Esto significaría que el voltaje adecuado que sale de nuestra resistencia pull-up debe estar entre 3 V y 4 V, ya que el voltaje debe ser superior a 2 V pero no superior a nuestro voltaje de suministro, que es de 5 V.

Nuestros valores dados serían:

• Tensión de alimentación = 5V
• Alto voltaje lógico = 4V
• Corriente de fuga de entrada = 100μA o 0.0001A

Ahora que tenemos las variables, integrémoslas en la fórmula:

(5V - 4V) / 100μA = 10.000 ohmios

Nuestra resistencia pull-up debe ser de 10 000 ohmios (10 kilohmios o 10 kΩ).

Cómo usar una resistencia pull-up en un circuito

Las resistencias pull-up generalmente se usan en circuitos digitales para evitar interferencias no deseadas con la programación digital de un circuito. Puede usar resistencias pull-up si el circuito digital usa interruptores y sensores como dispositivos de entrada. Además, las resistencias pull-up solo serán efectivas si los pines de entrada están conectados a tierra. Si los pines de entrada están conectados a VCC, es posible que desee utilizar resistencias desplegables en su lugar.

Para usar una resistencia pull-up, deberá ubicar la línea de entrada que se conecta a un dispositivo de entrada. Una vez ubicado, querrá calcular el valor de su resistencia usando la fórmula discutida anteriormente. Si su circuito realmente no requiere mucha precisión, simplemente puede usar valores de resistencia que van desde 1kΩ a 10kΩ.

Ahora que tiene su resistencia con el valor adecuado, puede colocar un extremo de la resistencia pull-up en VCC y un extremo entre el dispositivo de entrada y la MCU. ¡Felicidades! Ahora sabe qué es una resistencia pull-up y cómo usarla.

Algunos microcontroladores, como las placas Arduino y los SBC, como Raspberry Pi, tienen resistencias pull-up internas que puede activar en el código en lugar de resistencias pull-up externas.

Solidifique su conocimiento a través de la experiencia

En resumen, una resistencia pull-up es un componente importante para ayudar a proteger su circuito de interferencias cercanas. Al establecer el estado predeterminado de un pin de entrada en alto, evita que las señales aleatorias interfieran con la lógica o la programación de su circuito. Y ahora que sabe cómo usar uno, es posible que desee consolidar su nuevo conocimiento aplicándolo a sus próximos proyectos.