Điện trở treo – Điện trở kéo là gì?

Điện trở kéo (điện trở treo là một trường hợp của điện trở kéo) là thành phần rất phổ biến trong các mạch số hoặc có sử dụng vi điều khiển.

Vậy khi nào và ở đâu chúng ta sử dụng điện trở kéo? Và trị số của điện trở kéo bao nhiêu là đủ? Tại sao chúng lại quan trọng như vậy?

Điện trở kéo là gì?

Chúng ta có một MCU (vi điều khiển) với một chân được cấu hình là một đầu vào (Input). Nếu không kết nối chân này với thành phần nào khác, tiến hành đọc trạng thái của chân này. Lúc này kết quả chương trình trả về là mức cao hay mức thấp? Rất khó để có thể trả lời do hiện tượng trôi nổi dẫn đến trạng thái là không xác định. Người ta sẽ sử dụng một điện trở kéo lên hoặc kéo xuống để xác lập 1 trong 2 trạng thái là HIGH (mức tích cực cao) hoặc LOW (mức tích cực thấp). Và đảm bảo dòng điện chạy qua nó là đủ nhỏ để không làm hỏng MCU.

Trong bài viết này chúng ta sẽ chỉ đề cập đến điện trở kéo lên, mọi thứ sẽ tương tự với điện trở kéo xuống. Điều khác nhau ở đây là:

Điện trở kéo lên thường được nối đến Vcc của mạch, thông thường là 3.3V hoặc 5V.
Điện trở kéo xuống được nối đến GND (đất).
Điện trở kéo thường sử dụng đi kèm với linh kiện đóng ngắt như nút bấm, công tắc, trong mạch chuyển đổi tương tự/số, giao tiếp I2C…

Với điện trở kéo lên, đầu vào của MCU sẽ đọc trạng thái là HIGH nếu nút nhấn không được bấm. Nói cách khác, một lượng nhỏ dòng điện sẽ chạy qua giữa Vcc và đầu vào của MCU (không phải GND). Do đó, mức điện áp tại đầu vào của MCU sẽ đọc là mức điện áp Vcc (HIGH). Khi nút nhấn được bấm, nó sẽ kết nối trực tiếp đầu vào MCU với GND. Dòng điện sẽ chạy thẳng qua điện trở kéo xuống GND, vì thế mức điện áp đọc tại đầu vào MCU là 0V (LOW). Nếu không có điện trở kéo lên, khi bạn nhấn nút sẽ xảy ra hiện tượng đoản mạch.

Chọn giá trị điện trở kéo như thế nào?

Đơn giản là bạn chỉ cần chọn giá trị điện trở kéo cỡ trên dưới 10KΩ là ổn.

Giá trị điện trở thấp cho dòng lớn đi qua, gọi là kéo mạnh. Ngược lại, giá trị điện trở cao gọi là kéo yếu.
Bạn cần biết rằng trở kháng tại đầu vào của MCU nằm trong khoảng 100KΩ – 1MΩ.

Giá trị điện trở kéo cần đáp ứng 2 điều kiện sau:

Khi nút bấm được bấm: dòng điện chạy trực tiếp từ Vcc xuống GND thông qua R1, vì thế giá trị của R1 không được thấp quá để tránh lãng phí dòng điện cũng như ko làm ảnh hưởng đến toàn mạch.
Khi nút bấm không được bấm: R1 kết hợp với trở kháng (R2) của đầu vào MCU tạo ra mạch phân áp, điện áp tại đầu vào sẽ phụ thuộc vào R1. Nếu R1 quá cao dẫn đến sụt áp quá nhiều, MCU không phân biệt được chính xác trạng thái tại đầu vào.
Thông thường người ta chọn giá trị điện trở kéo (R1) bằng 1/10 trở kháng (R2) của MCU.

Hiện nay, hầu hết các dòng vi điều khiển đã được nhà sản xuất tích hợp điện trở kéo bên trong, có thể điều khiển chức năng này một cách nhanh chóng thông qua các đoạn mã lệnh.

Ý kiến khác chỉ ra rằng khi sử dụng điện trở kéo có trị số lớn, tốc độ phản hồi của hệ thống sẽ chậm đi. Đó là do hệ thống có sử dụng mạch lọc RC, mạch RC cần một khoảng thời gian đủ để xả hoặc nạp đầy tụ điện trước khi hệ thống đáp ứng tín hiệu. Trên một đường truyền có tốc độ cao (USB chẳng hạn) thì điện trở kéo có giá trị lớn sẽ làm giới hạn tốc độ truyền dữ liệu. Đó là lý do tại sao bạn lại hay thấy người ta dùng điện trở kéo có giá trị tương đối thấp vào khoảng 1KΩ – 4.7KΩ trên các mạch truyền nhận dữ liệu.

Tính toán giá trị điện trở kéo

Nếu trong một trường hợp nào đó, chân MCU chuyển từ Input thành Output, trong khi dòng ra (vào) trên chân MCU phải đảm bảo nhỏ hơn hoặc bằng 20mA. Điện trở kéo phải được thiết kế đảm bảo cho MCU hoạt động an toàn và tiết kiệm năng lượng.

Tính toán giá trị điện trở kéo
Giả sử bạn muốn dòng điện tiêu thụ khi nhấn phím là 1mA, hệ thống có Vcc là 5V.

Đơn giản chỉ cần áp dụng định luật Omh với công thức: (Ohm)
Theo mạch trên:

Tính điện trở kéo:

Như vậy, với điện trở kéo là 5KΩ sẽ đáp ứng được yêu cầu trên.