Frage zu Pull-Up/Pull-Down Widerständen

International Deutsch
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Hallo zusammen,

ich befasse mich in meiner Freizeit momentan ein bisschen mit einem Arduino und habe irgendwie ein kleines elektrotechnisches Verständnisproblem bei den Pull-Up- und Pull-Down-Widerständen – speziell den Pull-Up-Widerstand.

Zunächst der Pull-Down-Widerstand:

Wenn ich die Versorgungsspannung anschalte habe ich folgendes Bild:

Die 5V der Versorgungsspannung liegen zurnächst bis zum Taster an. Da der Taster geöffnet ist und somit keine Verbindung zum restlichen Stromkreis aufweist, fließt auch kein Strom.
Misst man nun den Potentialunterschied zwischen Punkt 1 und 2 ergeben sich logischerweise 5V Potentialunterschied. Da kein Strom fließt ergibt sich für den Potentialunterschied 1-3 ebenfalls 5V. Der Unterschied zwischen Punkt 2 und 3 beträgt in diesem Fall 0 V – beide besitzen dasselbe Potential.
Dadurch dass kein Strom fließt und nach dem Schalter somit 0V anlegen, detektiert der Pin 8 einen LOW-Pegel (0V).
Nun schließe ich den Schalter, sodass sich nach meinem Verständnis folgendes Bild ergibt:

Die 5V werden nun durch den geschlossenen Taster geleitet. Messe ich erneut den Potentialunterschied zwischen Punkt 1 und 2 ergeben sich diesmal 0V. Über den Widerstand fallen diesmal die gesamten 5V ab, sodass sich zwischen Punkt 1 und 3 erneut eine Differenz von 5V einstellt. Dasselbe Ergebnis erhalte ich, wenn ich Punkt 2 mit Punkt 3 vergleiche -> 5V Potentialunterschied.
Dadurch dass die 5V nun direkt am Pin 8 anliegen messe ich einen HIGH-Pegel (5V)

Nun zum Pull-Up-Widerstand:

Es wird nun die Versorgungsspannung von 5V eingeschaltet.

Da der Widerstand der einzige Verbraucher in dem Kreis ist, fallen die gesamten 5V über den 10k-Ohm Widerstand ab. Messe ich zwischen Punkt 1 und 2 müssten sich nach meinem Verständnis 5V-Potentialunterschied ergeben. Zwischen Punkt 1 und 3 ergeben sich 5V während sich zwischen 2 und 3 0V ergeben müssten. Gemäß dem Ohmschen Gesetzt müsste nun ein Strom von 5V/10000 Ohm = 0,5 mA von der Versorgungsspannung zum Pin 8 fließen. Am Pin 8 müssten somit 0 V anliegen und ein LOW-Pegel gemessen werden.

Genau hier ergibt sich mein Problem, in diesem Fall bekommt der Pin 8 einen HIGH-Pegel und keinen LOW-Pegel. Warum? Die Spannung müsste doch eigentlich über den Widerstand abfallen, tut sie aber nicht – sondern wird einfach nur weitergeleitet. Warum fällt hier keine Spannung ab?

// Zusatzfrage: Ich habe mich gefragt, warum man einen Pull-Up/Down-Widerstand benötigt. Die eine Seite des Tasters kann doch ebenfalls „floaten“, sodass ich am Pin 8 wieder undefinierte Zustände erhalte.

Über eine Antwort wäre ich dankbar! :smiley:

Gruß!

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Genau hier ergibt sich mein Problem, in diesem Fall bekommt der Pin 8 einen HIGH-Pegel und keinen LOW-Pegel. Warum? Die Spannung müsste doch eigentlich über den Widerstand abfallen, tut sie aber nicht - sondern wird einfach nur weitergeleitet. Warum fällt hier keine Spannung ab?

Die Spannung kann nur abfallen, wenn ein entsprechender Strom fließt.

Da der Eingang hochohmig ist, fließt kein nennenswerter Strom.

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Hallo,

wenn ich ergänzen darf, ich habe das Schaltbild gewöhnlicher aufgemalt, dann erkennt man das besser.
Und zum Vergleich habe ich daneben den Taster durch einen hochohmigen Widerstand ersetzt,
damit der Spannungsteiler ersichtlich wird. U = R / I ist allgegenwärtig. :slight_smile:
Jetzt kannste mal etwas rechnen ...
Pull_up_down.jpg

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theev:
Da der Widerstand der einzige Verbraucher in dem Kreis ist, fallen die gesamten 5V über den 10k-Ohm Widerstand ab.

Der Satz ist falsch, alle daraus resultierenden Schlüsse ebenfalls.

Der Eingang Pin 8 ist hochohmig, weshalb nahezu kein Strom fließt. Daher haben die Punkte 1 und 2 gleiches Potential.

@Doc_Arduino: Mir ist schon klar, was Du zeigen willst, aber die 100 MOhm würde ich lieber beim hochohmigen Eingang sehen, denn als Schalterersatz.

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Hallo,

da muss ich jetzt leider knall hart sein und sage nein. :slight_smile: Die Darstellung ist genau richtig zum Verständnis und zur Berechnung der Spannungsabfälle über den Widerständen. Damit ist dann auch eindeutig was am Abzweig "Pin" für ein Potential ansteht. Am "Pin" hängt nichts dran, also fließt auch kein Strom ab. Mehr muss der TO zum Verständnis erstmal nicht wissen.

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Hallo,
was man in der Digitaltechnik keinesfalls haben sollte, sind floating Pins. Durch Koppelkapazitäten, die nicht zu vermeiden sind, kann sich das Potential irgendwohin legen, auch über die Versorgungsspannung. Dies führt auch zu Frühausfällen von Bauteilen. Deshalb gibt es "Pullup"- oder auch "Pulldown" Widerstände. Durch diese wird das Potential am Eingangspin definiert und der Eingang kann sich elektrisch wohlfühlen. Ob Pullup oder Pulldown hängt auch noch von der verwendeten Logik ab. Einem 74LS Schaltkreis bekommt schon ein relativ hochohmiger Pullup-Widerstand, ein Pulldown dagegen, müßte relativ niederohmig sein. Bei CMOS, HC etc. (=hochohmige) Eingänge, funktionieren beide Varianten auch als höherohmige Ausführung. Desweiteren gilt in der Inndustrie: Lege einen Eingang niemals direkt auf die Stromversorgung sondern immer über einen Pullup. Dagegen darf ein Eingang direkt auf Masse gelegt werden.
Gruß Manfred

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Hallo,

danke für Eure Antworten!

Wenn ich das rechte Bild nachrechne, erhalte ich folgendes:

D.h. es fällt über den ersten Widerstand fast keine Spannung ab, sodass ich am Eingang den HIGH-Pegel bekomme.
Wenn der zweite Widerstand sehr klein wird (Taster geschlossen) dann fällt über den ersten Widerstand schon alles an Spannung ab und ich habe einen LOW-Pegel. Ich habe allerdings auch einen größeren Strom der fließt.

Ist das so korrekt?

Vielen Dank!

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Hallo,

jetzt haste es geschnallt. :slight_smile: Und wenn du das Potential immer von Masse aus betrachtest kommste noch weniger durcheinander in Zukunft. Taster offen bedeutet, unendlicher Widerstand, an ihm fällt die gesamte Ub ab, was dann letztlich am "Pin" anliegt. Taster geschlossen, Widerstand nahe 0 Ohm, kein Spannungsabfall > Masse am "Pin". Ohne zu rechnen wenn man die krassen Größenverhältnisse kennt.

Und jetzt komme ich zu agmue's Einwand zurück und was combie schon angesprochen hat. Der Stromfluss am Pin-Eingang ist um Größenordnungen zu gering als das er bei der Betrachtung eine Rolle spielen würde. Deshalb ist der hier vernachlässigbar.

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Hallo,

danke für deine Hilfestellung!

Was meinst du genau damit, dass Potential immer von der Masse aus zu betrachten?

Gruß!

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Hallo,

du schaust scheinbar immer von (+) aus wie der Strom fließt. Erstmal nicht falsch, machte jedoch vielleicht hier die Betrachtung verkomplizierter. In dem Fall interessiert dich ja nur welches Spannungspotential am "Pin" anliegt. Dafür ist es ausreichend wenn man sich die Größenverhältnisse betrachtet. Das Bezugpotential dazu ist die Masse. Das macht in vielen Fällen wie hier die Überlegung einfacher - finde ich. Möchte da niemanden reinreden, Hauptsache das Ergebniss ist am Ende richtig geschlussfolgert. Am Ende hier auch egal, ob du von 5V die 0,5V abziehst oder von Masse 4,5V addierst, kommst gleiche bei raus. Je mehr du dich damit beschäftigst, umso mehr formen sich die eigenen Pfade zur Ergebnisfindung. :slight_smile:

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Hallo,

für mich als Einsteiger macht es Sinn den Weg in Richtung niedriges Potential abzugehen. Aber ich stehe noch am Anfang, ich denke mit (hoffentlich) steigendem Verständnis findet man auch noch andere Wege.

Ich danke dir!

Gruß!

//Kleine Zusatzfrage:
Ich habe gerade noch einmal über die Pull-Down-Widerstände nachgedacht.
Ich könnte in diesem Einsatzfall doch auch ein geringeren Widerstand verwenden, muss dabei nur aufpassen, dass der Strom nicht zu groß wird. Korrekt? Nachteil wäre, dass ich bei höheren Ströme eine größere Verlustleistung hätte?

Gruß!

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theev Deine Erklährung des Pulldownwiderstandes ist richtig.
Ein Pullup ist genau gleich nur daß die Anschlüsse für Masse und 5V zwischen Taster und Widerstand umgetauscht wurden.

Bei einem offenen Taster bringt der Widerstand den Spannungspegel auf den Eingang. Bei betätigten Taster bringt der Taster den Spannungspegel auf den Eingang. Durch den Widerstand fleißt ein Strom, weil an ihm 5V anleigen, aber das ist nur ein Nebenprodukt.

Spannungen werden immer zwischen Masse und Meßpunkt gemessen, also in Deinem Beispielen immer zwischen 3 und 2. Da ist es uninteressant welche Spannung am Widerstand oder Taster abfällt.

Hier sieht man es besser:

476×681 10.1 KB

Der 100Ohm Widerstand kann weggelassen werden.

Grüße Uwe

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Hallo,

vielen Dank für Deine Antwort.

Durch das Beispiel mit dem Spannungsteiler sowie dem Bild mit dem großen Widerstand vor dem Input-Pin kann ich mir nun etwas unter der Anwendung und dem Prinzip vorstellen.

Zwei Sachen sind mir aber noch in den Sinn gekommen:

  1. Was würde passieren, wenn der Input-Pin keinen eigenen großen Widerstand hätte und man den Schalter schließen würde? Würde dann ein Strom fließen, der den Pin zerstört? Wie muss ich mir diesen "Input"-Pin vorstellen, ist dies sowas wie "Masse"?

  2. Wenn man einen Pull-Up-Widerstand verwendet, könnte man doch theoretisch den Widerstand weglassen und direkt die Versorungsspannung in den Input-Pin leiten? Der Vorwiderstand ist im Verhältnis zum manuell platzierten Widerstand dominierend. Durch den hohen Widerstand, würde der selber Effekt mit dem HIGH-Pegel am Eingang vorliegen. Den Widerstand braucht man doch dann nur, wenn man den Schalter schließt, dass man nicht die Versorungsspannung mit der Masse kurzschließt.
    Natürlich ist dann die Taster-Funktion hinfällig, es geht mir jedoch nur kurz um das Gedankenbeispiel.

(Ich hoffe meine 22.30Uhr Gedanken haben mich nicht komplett getäuscht/verwirrt).

Ich danke Euch für die vielen Tipps und Erklärungen! Für mich als Neuling ist die ELT bisher ein Buch mit sieben Siegeln gewesen :-).

Gruß

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  1. Wenn Du den Taster betätigst, produzierst Du einen Kurzschluss von 5V nach GND und dann könnte jemand (Netzteil, USB-Anschluß, ...) Rauchzeichen geben.

Gruß Tommy

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Hallo,

stell dir den Eingang als kleinen Verbraucher vor mit geringster Stromaufnahme. Bspw. eine LED die nur angenommen 0,001mA zieht. Die belastet weder deinen Spannungsteiler noch die Spannungsquelle. Deswegen kann man den Eingang auch direkt auf (+) legen. Macht man auch wenn es fest stehen soll.

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Solange man den Taster nicht betätigt braucht es keinen Pullup- bzw PulldownWiderstand. Der Eingang kann direkt mit Masse bzw +5V verbunden werden.

Sobald man den Taster betätigt braucht es etwas das den Kurzschluß begrenzt: einen Widerstand.

Grüße Uwe

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Ich danke Euch!

Gruß!