1）什么是上下拉电阻？

首先上拉电阻是把一个信号通过一个电阻接到电源（VCC），下拉电阻是信号接到地(GND)。那么电路功能如果已经完成，我们为什么还需要额外增加一个电阻连接到电源或GND呢？这个电阻的阻值为什么是这么大？有什么依据吗？如果我们不理解为什么需要上拉和下拉，则电路设计中很可能只会“抄电路”。一旦电路现象异常，会束手无策。

我们经常听到，“强上拉”“弱上拉”，是什么意思呢？弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。例如，50Ω上拉，则一般称为强上拉；100kΩ上拉则称为弱上拉。下拉也是一样的。强拉电阻的极端就是零欧姆电阻，亦即将信号线直接与电源或地相连接。

2）上下拉电阻的作用

上下拉电阻的作用其实很宽泛，所以很少有教科书把上下拉电阻的应用方法进行汇总。因为不同的领域使用方法也不同，此处我们整理一些常见的使用方法。

（1）维持输入管脚是一个稳定态。

芯片的管脚有三个类型，输出（Output，简称O）、输入（Input，简称I）和输入输出（Input/Output，简称I/O）。芯片的输入管脚，输入的状态有三个：高电平、低电平、和高阻状态。当输入是高阻，即输入管脚悬空，很可能造成输入的结果是不定态，引起输出振荡。有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使这个输入管脚处于稳定状态。

用法示例：当接有上拉电阻的端口设为输入状态时，常态为高电平，用于检测低电平的输入；当接有下拉电阻设为输入状态时，常态为低电平，用于检测高电平输入。用法示例：当接有上拉电阻的端口设为输入状态时，常态为高电平，用于检测低电平的输入，如图（a）所示；当接有下拉电阻设为输入状态时，常态为低电平，用于检测高电平输入，如图31.1（b）所示。

输入管脚的上下拉电阻

按键电路设计、复位电路设计等都是这个情况的上下拉电阻。至于具体是上拉还是下拉，取决于我们需要的默认状态，如图31.2所示。

按键电路的上下拉电阻

在按键电路中，增加上拉电阻的目的是使当按键断开时，KeyIn1处于高电平状态，若无上拉，悬空，状态无法确定。断开为1，闭合为0，数字逻辑关系明确。

在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻降低输入阻抗提供泄荷通路。也是一样的道理。

（2）三极管实现电平转换电路的外围电阻。

首先要了解三极管的基本原理，三极管属于电流控制电流型元件，与MOS管不同，MOS管属于电压控制电压型元件。三极管有三个工作区：截止区、放大区和饱和区。以NPN三极管为例，BE之间那个箭头很像一个二极管，其实BE之间就是一个二极管，BE的压差(UBE)约为0.6V左右（实际大小与元器件的型号有关），当UBE＜0.6V时，BE间的等效二极管没有导通，此时的三极管也就处于截止状态；随着BE间的电压上升，三极管进入放大区，三极管处于放大区或饱和区时UBE=0.6V。这时BE的压差不会随着输入的电压变高而继续增加，体现出二极管的特性，保持一个导通电压。

如图所示，输入信号如果是个3.3V电压信号，三极管的BE电路等效于一个二极管。我们不会把二极管两端直接接到电压和GND之间，一般会串联个电阻，进行电流控制。

三极管电平转换电路

R1电阻属于限流电阻，因为三极管属于电流控制元件，当三极管属于放大或饱和状态时，UBE的电压为0.6V，可以根据输入电压U计算基极的电流，计算公式为Ib=(U-0.6)/R1，从公式也可以看出，若不接限流电阻R1，当输入电压大于0.6V时，基极的电流会非常大，从而烧毁三极管。

需根据输入电压、管子的特性进行计算，如该三极管的放大倍数β为50（三极管的固有特性，在放大状态Ic的电流大小是Ib的β倍）。

输出电压Vout=VCC-Ic*R2。通过这个公式，我们可以看出：VCC确定，如图31.1中VCC为12V，Vout在Ic为0时达到最大值12V等于VCC，由于是数字电路，Vout需要达到0V附近，实现低电平的效果，那么如果R2我们选定为1kΩ，则很容易计算出Ic的让三极管达到饱和状态的值，如式