풀업 저항기란 무엇이며 어떻게 사용하나요?

LED를 켜기 위해 푸시 버튼이 필요한 디지털 회로를 만드는 이미지입니다. 푸시 버튼의 한쪽 끝을 디지털 입력에 연결하고 다른 쪽 끝을 접지에 연결하여 회로를 올바르게 배선합니다. 마침내 전원을 공급하면 스위치를 누르지 않아도 LED가 켜지고 꺼지는 것을 확인할 수 있습니다.

이와 같은 상황을 관찰한 적이 있다면 디지털 회로에 풀업 저항을 추가하는 것을 잊었을 가능성이 높습니다. 그렇다면 풀업 저항이란 정확히 무엇일까요? 어떻게 작동하며 어떻게 사용하나요?

풀업 저항이란 무엇인가요?

풀업 저항은 회로의 로직이나 프로그래밍을 방해할 수 있는 원치 않는 신호를 방지하기 위해 디지털 회로에 추가하는 저항입니다. 다른 활성 장치가 라인을 구동하지 않을 때 입력 라인을 양극 또는 VCC로 바이어스하거나 끌어올리는 방법입니다. 라인을 VCC로 당기면 라인의 기본 상태를 1 또는 true로 효과적으로 설정할 수 있습니다.

모든 입력 핀의 기본 상태를 설정하는 것은 플로팅 상태에서 임의의 신호가 생성되는 것을 방지하는 데 중요합니다. 입력 핀은 접지 또는 VCC와 같은 활성 소스에서 연결이 끊어지면 플로팅 상태가 됩니다.

풀업 저항은 일반적으로 마이크로 컨트롤러 및 단일 보드 컴퓨터를 사용하는 디지털 회로에 사용됩니다.

회로에서 풀업 저항의 작동 방식

디지털 회로에서 순간 스위치를 사용할 때 스위치를 누르면 회로가 닫히고 마이크로 컨트롤러에 True 또는 High를 전송합니다. 그러나 스위치를 해제해도 입력 핀이 해당 신호를 전송하는 것이 반드시 중단되는 것은 아닙니다.

스위치를 통해 연결을 끊는다는 것은 더 이상 공기 외에는 아무것도 연결되지 않는다는 것을 의미하기 때문입니다. 이로 인해 라인이 플로팅 상태가 되어 주변 환경의 신호로 인해 언제든 핀이 높게 올라갈 수 있습니다.

이러한 부유 신호가 회로에 등록되는 것을 막으려면 접지가 더 이상 감지되지 않을 때 입력 라인이 계속 높게 등록될 수 있도록 충분한 전압을 입력 라인에 주입해야 합니다. 그러나 스위치/센서가 입력 라인을 접지에 연결하자마자 회로가 단락되므로 입력 라인에 VCC를 직접 연결할 수 없습니다.

풀업 전압이 단락되는 것을 방지하려면 저항을 사용해야 합니다. 적절한 값의 저항을 사용하면 플로팅 라인이 회로를 조기에 단락시키지 않을 만큼 충분히 낮으면서도 충분히 높은 전압을 유지할 수 있습니다. 저항의 양은 회로에서 사용하는 논리 유형에 따라 달라집니다.

논리 계열 설명

풀업 저항의 저항 값을 올바르게 계산하려면 회로가 작동하는 데 어떤 논리 유형을 사용하는지 알아야 합니다. 회로에서 사용하는 논리 계열에 따라 풀업 저항에 필요한 저항 값이 결정됩니다.

로직에는 여러 유형이 있습니다. 다음은 그 중 몇 가지입니다:

어떤 로직 제품군을 사용하고 있는지 확실하지 않은 경우 ECL 및 DTL이 오래되었으므로 회로가 CMOS 또는 TTL 로직 제품군을 사용하고 있을 가능성이 높습니다. “74” 또는 “54”를 사용하는 접두사가 있는 칩 마킹은 일반적으로 TTL 칩이며, “CD” 또는 “MC”가 있는 칩 마킹은 CMOS 칩을 나타냅니다. 그래도 잘 모르겠다면 온라인에서 데이터 시트를 빠르게 검색하여 컨트롤러가 어떤 로직 제품군을 사용하는지 쉽게 확인할 수 있습니다.

풀업 저항 값 계산 방법

이제 다양한 유형의 로직 제품군과 최소 온 전압 및 최대 오프 전압을 이해했으므로 이제 풀업 저항의 값을 계산할 수 있습니다.

올바른 저항 값을 계산하려면 세 가지 값이 필요합니다. 회로에서 사용하는 로직 제품군의 최소 온 전압, 회로의 공급 전압, 입력 누설 전류는 데이터시트 또는 멀티미터를 사용하여 확인할 수 있습니다.

모든 변수가 준비되면 다음 공식에 변수를 연결하면 됩니다:

저항 값 = (공급 전압 – 로직 고전압) / 입력 누설 전류

예를 들어 회로가 TTL을 사용하고 입력 라인이 5V에서 100uA를 사용한다고 가정해 보겠습니다. TTL이 높은 전압을 올리려면 최소 2V, 낮은 전압을 올리려면 최대 0.8V가 필요하다는 것을 알고 있습니다. 즉, 전압이 2V보다 높아야 하지만 5V인 공급 전압보다 높지 않아야 하므로 풀업 저항에서 나오는 적절한 전압은 3V에서 4V 사이가 되어야 합니다.

주어진 값은 다음과 같습니다:

⭐ 공급 전압 = 5V

⭐ 논리 고전압 = 4V

⭐ 입력 누설 전류 = 100μA 또는 0.0001A

이제 변수가 생겼으니 이를 공식에 연결해 보겠습니다:

(5V – 4V) / 100μA = 10,000옴

풀업 저항은 10,000옴(10킬로옴 또는 10kΩ)이어야 합니다.

회로에서 풀업 저항을 사용하는 방법

풀업 저항은 일반적으로 회로의 디지털 프로그래밍에 대한 원치 않는 간섭을 피하기 위해 디지털 회로에 사용됩니다. 디지털 회로에서 스위치와 센서를 입력 장치로 사용하는 경우 풀업 저항을 사용할 수 있습니다. 또한 풀업 저항은 입력 핀이 접지에 연결된 경우에만 효과적입니다. 입력 핀이 VCC에 연결된 경우 풀다운 저항을 대신 사용할 수 있습니다.

풀업 저항을 사용하려면 입력 장치에 연결되는 입력 라인을 찾아야 합니다. 입력 라인을 찾으면 앞서 설명한 공식을 사용하여 저항의 값을 계산해야 합니다. 회로에 그다지 정밀도가 필요하지 않은 경우 1kΩ ~ 10kΩ 범위의 저항 값을 사용하면 됩니다.

이제 적절한 값의 저항을 얻었으므로 풀업 저항의 한쪽 끝을 VCC에, 한쪽 끝을 입력 장치와 MCU 사이에 배치하면 됩니다. 축하합니다! 이제 풀업 저항이 무엇이며 어떻게 사용하는지 알게 되었습니다.

아두이노 보드와 같은 일부 마이크로 컨트롤러와 라즈베리 파이와 같은 SBC에는 외부 풀업 저항기 대신 코드에서 트리거할 수 있는 내부 풀업 저항기가 있습니다.

경험을 통한 지식 강화

요약하면 풀업 저항은 주변 간섭으로부터 회로를 보호하는 데 도움이 되는 중요한 구성 요소입니다. 입력 핀의 기본 상태를 높음으로 설정하면 임의의 신호가 회로의 로직이나 프로그래밍을 방해하는 것을 방지할 수 있습니다. 이제 사용법을 알았으니 다음 프로젝트에 적용하여 새로 알게 된 지식을 탄탄하게 다져보세요.