Mengapa tepatnya 470 atau 1k Ω? (untuk mencegah kerusakan pin output)

Kutipan dari tutorial Arduino, bagian Pin Digital :

Sirkuit pendek pada pin Arduino, atau mencoba menjalankan perangkat dengan arus tinggi darinya, dapat merusak atau menghancurkan transistor keluaran dalam pin, atau merusak seluruh chip Atmega. Seringkali ini akan menghasilkan pin "mati" pada mikrokontroler tetapi chip yang tersisa masih berfungsi dengan baik. Karena alasan ini, sebaiknya hubungkan pin OUTPUT ke perangkat lain dengan resistor 470Ω atau 1k, kecuali diperlukan penarikan arus maksimum dari pin tersebut untuk aplikasi tertentu.

Angka-angka ini adalah voodoo bagi saya: Mengapa "470" atau "1k"? Mengapa tidak ada satu angka yang diberikan, seperti "setidaknya 470Ω jika ada hubungan pendek"?

Saya tertarik karena saya mempertimbangkan untuk menggunakan Arduino sebagai pengontrol keyboard , dan - dalam kasus penggunaan ini - garis pada dasarnya dihubung pendek jika tombol ditekan. Tentu saja, garis memang memiliki beberapa perlawanan, tetapi saya belum mendapatkan kesempatan untuk mengukurnya.

Pertama sedikit tentang hubung singkat: Hubung singkat adalah sirkuit yang tidak memiliki elemen pembatas arus yang disengaja di jalur arus. Hasilnya adalah bahwa elemen rangkaian yang biasanya kita ambil memiliki nol tahanan mulai bertindak sebagai resistor dan model matematika yang biasa untuk istirahat pasokan daya sering mengakibatkan tegangan yang lebih rendah dari yang diharapkan dan terlalu panas merusak.

$\Omega$$\frac{5 V}{470 \Omega} \approx 10 mA$$k \Omega$ resistor , Anda akan mendapatkan 5 mA, yang bahkan lebih aman dan lebih hemat daya konsumen. Kedua nilai resistor tersebut relatif populer dan pada saat yang sama memberikan arus kecil tetapi tidak terlalu kecil sehingga Anda perlu memperhitungkan kapasitansi jejak saat bekerja dengannya.

Dalam kasus garis korsleting sebenarnya, Anda harus benar-benar mengharapkan garis itu sendiri memiliki resistensi yang dapat diabaikan! Ini akan menghasilkan korsleting langsung, yang seperti tertulis dalam kutipan, akan menghasilkan pin mati. Garis pendek juga sering mengakibatkan tombol-tombol yang rusak, karena arus yang besar memiliki efek negatif pada masa kontak tombol-tekan karena terlalu panas dan memicu. Alih-alih menggunakan hubungan arus pendek untuk menghubungkan garis, cara yang lebih baik adalah menempatkan resistor di dekat tanah garis. Ini akan membatasi arus saat saluran dinyalakan. Dengan menempatkan resistor di dekat koneksi arde dari saluran, kami memastikan bahwa penurunan tegangan terbesar pada saluran ada di ujungnya, jadi jika kami menyingkatnya dengan saluran pengindera lain menggunakan tombol tekan, saluran indra melihat tegangan penuh.

Pin yang ditetapkan sebagai input juga dalam mode "impedansi tinggi", yang berarti bahwa mereka berperilaku seolah-olah mereka adalah resistor dengan resistansi sangat besar yang terhubung ke ground. Jika Anda 100% yakin bahwa pin hanya akan menjadi pin akal, maka Anda tidak perlu meletakkan resistor lain di depannya. Bahkan dalam kasus itu, adalah ide yang baik untuk meletakkan resistor karena Anda mungkin secara tidak sengaja menetapkan pin sebagai sesuatu selain input dan berpotensi menyebabkan korsleting. Jika Anda menempatkan resistor, ingatlah bahwa akan ada sangat sedikit arus yang melewati garis indera, yang berarti bahwa penurunan tegangan pada resistor akan sangat rendah yang akan mengakibatkan pin melihat tegangan penuh.

Jika Anda ingin lebih banyak "membaca lanjut" Anda bisa melihat pada lembar data untuk ATmega328, yang merupakan salah satu mikrokontroler yang digunakan dalam beberapa Arduino. Di bagian 29. Karakteristik kelistrikan, Anda akan melihat bahwa di bawah peringkat Maksimum Mutlak, pin per I / O saat ini adalah 40 mA dan untuk perangkat total adalah 200 mA.

UPDATE: Tolong jangan bingung Peringkat Mutlak Mutlak dengan peringkat operasional! Pemberitahuan HEre dari datasheet untuk 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.

Ini adalah catatan kaki dari halaman 379 dari lembar data yang sama:

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

Jawaban singkatnya adalah bahwa Arduino ditargetkan untuk penggemar yang memiliki sedikit pengetahuan teknik elektro, dan instruksinya cukup disederhanakan untuk menjelaskan maksudnya. Kedua nilai tersebut aman, dan memberi pengguna opsi alih-alih permintaan tetap.

Keduanya adalah resistor berukuran standar. 470Ω dan 1kΩ, ketika digunakan dengan tegangan Arduino 5V VCC, memberikan penarikan arus yang aman (5v / 470Ω ~ 0,011A (11mA), 5/1000 = 0,005A (5mA)). Dan undian saat ini dapat digunakan untuk transistor atau led atau bagian serupa.

Terus terang, setiap nilai resistor yang akan memberikan arus menarik dalam batas maksimum arus pin mikroprosesor (40mA) akan bekerja. Itu berarti resistor di atas 125Ω.