Tại sao chính xác là 470 hoặc 1k Ω? (để tránh làm hỏng pin đầu ra)

Trích dẫn từ hướng dẫn Arduino, phần Digital Pins :

Các mạch ngắn trên chân Arduino hoặc cố gắng chạy các thiết bị dòng điện cao từ chúng, có thể làm hỏng hoặc phá hủy các bóng bán dẫn đầu ra trong pin hoặc làm hỏng toàn bộ chip Atmega. Thường thì điều này sẽ dẫn đến một pin "chết" trong vi điều khiển nhưng chip còn lại vẫn sẽ hoạt động đầy đủ. Vì lý do này, nên kết nối các chân OUTPUT với các thiết bị khác với các điện trở 470Ω hoặc 1k, trừ khi yêu cầu rút tối đa dòng điện từ các chân cho một ứng dụng cụ thể.

Những con số này rất tốt với tôi: Tại sao "470" hay "1k"? Tại sao không có chính xác một số được đưa ra, chẳng hạn như "ít nhất là 470Ω nếu không thì sẽ bị đoản mạch"?

Tôi thích thú vì tôi cân nhắc việc sử dụng Arduino làm bộ điều khiển bàn phím và - trong trường hợp sử dụng này - các dòng về cơ bản được ngắn mạch nếu nhấn nút. Tất nhiên, các dòng có một số kháng cự, nhưng tôi chưa có cơ hội để đo nó.

Đầu tiên một chút về ngắn mạch: Ngắn mạch là một mạch không có bất kỳ yếu tố giới hạn dòng cố ý nào trong đường đi của dòng điện. Kết quả của điều đó là các phần tử mạch mà chúng ta thường sử dụng để có điện trở bằng 0 bắt đầu đóng vai trò là điện trở và mô hình toán học thông thường để ngắt nguồn thường dẫn đến điện áp thấp hơn dự kiến ​​và quá nhiệt phá hủy.

Do các thông số kỹ thuật hiện tại tối đa của vi điều khiển, bạn cần một phần tử điện trở trong đường đi của dòng điện đi từ một pin. Bạn có thể hy vọng pin sẽ chết bằng cách xuất ra 40 mA từ nó và nếu tôi nhớ chính xác 200 mA từ tất cả các chân cùng một lúc. Điện áp danh nghĩa cho hệ thống này là 5 V, vì vậy chúng ta hãy xem những gì sẽ xảy ra nếu chúng ta tính toán hiện tại với 470 : 5 $\Omega$. Điều này xảy ra là giá trị tốt và lành mạnh cho dòng điện sẽ không làm hỏng vi điều khiển. Nếu bạn thay vì sử dụng 1kΩđiện trở, bạn sẽ nhận được 5 mA, mà thậm chí còn an toàn hơn và người tiêu dùng thậm chí ít năng lượng. Ngoài ra, hai giá trị của điện trở này tương đối phổ biến, đồng thời cung cấp dòng điện nhỏ nhưng không nhỏ đến mức bạn cần phải tính đến điện dung của dấu vết khi làm việc với chúng.$\frac{5 V}{470 \Omega} \approx 10 mA$$k \Omega$

Trong trường hợp thực sự rút ngắn các dòng, bạn nên hoàn toàn mong đợi các dòng có sức đề kháng không đáng kể! Điều này sẽ dẫn đến việc rút ngắn trực tiếp các chân, như được ghi trong trích dẫn, sẽ dẫn đến các chân chết. Ngoài ra các dòng ngắn thường dẫn đến các nút ấn bị hỏng, vì dòng điện lớn có tác động tiêu cực đến tuổi thọ tiếp xúc của nút nhấn do quá nóng và lấp lánh. Thay vì sử dụng ngắn mạch để kết nối các đường dây, cách tốt hơn là đặt một điện trở gần mặt đất của đường dây. Điều này sẽ giới hạn dòng điện khi dòng được cấp nguồn. Bằng cách đặt điện trở gần kết nối mặt đất của đường dây, chúng tôi đảm bảo rằng điện áp rơi lớn nhất trên đường dây ở cuối, vì vậy nếu chúng ta rút ngắn nó bằng một đường cảm biến khác bằng nút ấn, đường cảm giác sẽ thấy điện áp đầy đủ.

Ngoài ra các chân được đặt làm đầu vào ở chế độ được gọi là "trở kháng cao", nghĩa là chúng hoạt động như thể chúng là một điện trở có điện trở rất lớn nối với mặt đất. Nếu bạn chắc chắn 100% rằng pin sẽ chỉ là một pin cảm giác, thì bạn không cần đặt một điện trở khác trước nó. Ngay cả trong trường hợp đó, bạn nên đặt một điện trở vì bạn có thể vô tình đặt chân là một thứ gì đó không phải là đầu vào và có khả năng gây đoản mạch. Nếu bạn đặt điện trở, hãy nhớ rằng sẽ có rất ít dòng điện đi qua đường cảm giác, nghĩa là điện áp rơi trên điện trở sẽ rất thấp sẽ dẫn đến việc pin nhìn thấy điện áp đầy đủ.

Nếu bạn muốn một số "đọc nâng cao" hơn, bạn có thể xem bảng dữ liệu cho ATmega328, một trong những bộ vi điều khiển được sử dụng trong một số Arduinos. Trong phần 29. Đặc điểm về điện, bạn sẽ thấy rằng trong xếp hạng Tối đa tuyệt đối, pin trên mỗi I / O hiện tại là 40 mA và cho tổng thiết bị là 200 mA.

CẬP NHẬT: Xin đừng nhầm lẫn Xếp hạng tối đa tuyệt đối với xếp hạng hoạt động! Thông báo của HEre từ bảng dữ liệu cho ATmega32U4:

NOTICE: Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent dam- age to the device. This is a stress rating only and functional operation of the device at these or other conditions beyond those indicated in the operational sections of this specification is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.

Dưới đây là chú thích từ trang 379 của cùng một biểu dữ liệu:

Although each I/O port can sink more than the test conditions (20mA at VCC = 5V, 10mA at VCC = 3V) under steady state conditions (non-transient), the following must be observed: ATmega16U4/ATmega32U4: 1.)The sum of all IOL, for ports A0-A7, G2, C4-C7 should not exceed 100 mA. 2.)The sum of all IOL, for ports C0-C3, G0-G1, D0-D7 should not exceed 100 mA. 3.)The sum of all IOL, for ports G3-G5, B0-B7, E0-E7 should not exceed 100 mA. 4.)The sum of all IOL, for ports F0-F7 should not exceed 100 mA. If IOL exceeds the test condition, VOL may exceed the related specification. Pins are not guaranteed to sink current greater than the listed test condition. 4. Although each I/O port can source more than the test conditions (20mA at VCC = 5V, 10mA at VCC = 3V) under steady state conditions (non-transient), the following must be observed: ATmega16U4/ATmega32U4: 1)The sum of all IOH, for ports A0-A7, G2, C4-C7 should not exceed 100 mA. 2)The sum of all IOH, for ports C0-C3, G0-G1, D0-D7 should not exceed 100 mA. 3)The sum of all IOH, for ports G3-G5, B0-B7, E0-E7 should not exceed 100 mA. 4)The sum of all IOH, for ports F0-F7 should not exceed 100 mA. 5. All DC Characteristics contained in this datasheet are based on simulation and characterization of other AVR microcon- trollers manufactured in the same process technology. These values are preliminary values representing design targets, and will be updated after characterization of actual silicon

Câu trả lời ngắn gọn là Arduino được nhắm đến những người có sở thích với ít kiến ​​thức về kỹ thuật điện và các hướng dẫn của nó được đơn giản hóa đủ để hiểu rõ hơn.Hai giá trị này là an toàn và cung cấp cho người dùng một tùy chọn thay vì một nhu cầu cố định.

Cả hai đều là điện trở kích thước tiêu chuẩn. 470Ω và 1kΩ, khi được sử dụng với điện áp Arduino 5V VCC, cung cấp mức rút dòng an toàn (5v / 470Ω ~ 0,011A (11mA), 5/1000 = 0,005A (5mA)). Và bản vẽ hiện tại có thể sử dụng cho bóng bán dẫn hoặc đèn led hoặc các bộ phận tương tự.

Thành thật mà nói, bất kỳ điện trở giá trị nào sẽ cho một mức rút hiện tại trong phạm vi tối đa của dòng pin của bộ vi xử lý (40mA) sẽ hoạt động. Điều đó có nghĩa là bất kỳ điện trở nào trên 125Ω.