Pullup- und Pulldown-Widerstände

Pullup- und Pulldown-Widerstände kommen immer dann zum Einsatz wenn ein definierter Pegel anliegen soll. Möchte man zum Beispiel den Eingang eines Mikrokontrollers mit einem Taster verbinden, muss dafür gesorgt werden, dass keine äußeren Störeinflüsse das Pegelsignal stören. Sonst kann es zu einem ungewollten Verhalten kommen, dass man natürlich vermeiden möchte.

In diesem kurzen Beitrag möchte ich kurz die prinzipielle Funktionsweise und warum man diese Widerstände einsetzt erklären.

Pullup ist aus dem Englischen und bedeutet das etwas hinaufgezogen wird. Meist bis zur Betriebsspannung. Umgekehrt zieht ein Pulldown-Widerstand etwas hinunter. Meistens liegt dann der Pegel auf Masse (GND).

High- und Low-Aktiv

Logikpegel bezeichnen in der Digitaltechnik die meist zur Repräsentation der Logikwerte verwendeten elektrischen Spannungen […] die High-Pegel (auch H-Pegel, High, H) bzw. Low-Pegel (L-Pegel, Low, L) genannt werden.

Im Klartext bedeutet dies das für die Logikwerte „1“ und „0“ feste Spannungswerte (bspw. logisch „1“ = 5V, logisch „0“ = GND) definiert wurden. Diese Pegel werden von einem Mikrokontroller ausgewertet und weiterverarbeitet. Außerdem wird festgelegt bei welchem Pegel reagiert wird. Ist der Eingang eines Mikrokontrollers beispielsweise Low-Aktiv, reagiert der Eingang wenn an ihm ein Low-Pegel anliegt. Der High-Pegel entspricht dann der logischen „0“ und umgekehrt.

Beispielschaltung

Im Titelbild weiter oben ist die Beispielschaltung abgebildet. Sie zeigt einen Taster S1 und den Widerstand R1. Da der Eingang eines Mikrokontrollers sehr hochohmig ist wird dieser durch den Widerstand R2 repräsentiert. Der Rahmen hat keine Funktion und dient lediglich zur Veranschaulichung.

Ziel ist es sicherzustellen, das am Eingang zu jedem Zeitpunkt ein definierter Spannungspegel anliegt um ungewolltes Verhalten zu vermeiden.

Pullup-Widerstand (Beispielschaltung)

Für Mikrokontroller deren Eingang Low-Aktiv ist wird ein Pullup-Widerstand (R1) verwendet. Er sorgt dafür, dass bei geöffnetem Schalter der Pegel am Eingang immer ein H-Pegel ist. Er zieht also den Pegel an dieser Stelle bis auf die Betriebsspannung hoch. Außerdem begrenzt er den Strom entsprechend.

In diesem Zustand bilden der hochohmige Eingangswiderstand und der Pullup-Widerstand eine einfache Reihenschaltung. Die angelegte Spannung teilt sich also auf die beiden Widerstände auf. Deshalb liegt jetzt am Eingang fast die gesamte Betriebsspannung an und entspricht somit einem H-Pegel.

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Bei geschlossenem Taster fließt der Strom über den Schalter zum Minuspol der Batterie. Da der elektrische Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes nimmt wird R2 sozusagen völlig ignoriert. Da es sich jetzt um einen einfachen geschlossenen Stromkreis mit nur einem Verbraucher handelt fällt die gesamte Spannung über R1 ab. Am Eingang liegt nun ein L-Pegel an. Auch hier begrenzt R1 den Strom. Würde dieser nicht vorhanden sein hätten wir einen Kurzschluss und die Schaltung würde zerstört werden.

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Pulldown-Widerstand

Bei einem Pulldown-Widerstand ist es genau das gleiche wie bei einem Pullup-Widerstand nur umgekehrt. Er sorgt dafür das bei geöffnetem Schalter am Eingang ein L-Pegel anliegt.

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Wird er geschlossen liegt ein H-Pegel am Eingang an.

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Quellen:

Fachkunde Elektrotechnik, Europa Verlag, 24. Auflage (Amazon)

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Lob? Kritik oder Anregungen? Ich freue mich auf eure Kommentare und Verbesserungsvorschläge.

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22 Kommentare

  1. Schöne Ausarbeitung. Eine Frage: Wieso ist die Spannung am Eingang grundsätzlich nicht sehr klein aufgrund des Widerstandes R1? Ich dachte, das ein hoher Widerstand die Spannung grundsätzlich verkleinert?

    Antwort

    1. Ich bin mir nicht sicher ob ich deine Frage richtig verstanden habe.
      Grundsätzlich gilt ja das in einer Reihenschaltung am größeren Widerstand auch die größere Spannung anliegt.
      Ist nur ein Widerstand in einem Stromkreis fällt an ihm die gesamte Spannung ab. Stichwort ohmsches Gesetz. U = R * I

      Antwort

  2. ich meine, der Resistor R1 müsste doch die 5 Volt der ‚Spannungsquelle‘ extrem nach unten fahren oder? Daher verstehe ich nicht wieso nach R1 immer noch 5 Volt sein können? (beziehtt sich alles auf das Pull Up Beispiel)

    Antwort

    1. Also erstens, die 5V Spannungsabfall über R1 bestehen nur, wenn der Schalter geschlossen ist.

      Generell gilt das ein Widerstand nicht generell eine Spannung herauf– oder herbsetzt. Eigentlich begrenzt er nur den Strom. Die Spannungen in einer Schaltung sind immer von den Verhältnissen abhängig.
      Ich hoffe das hilft dir weiter.
      Bin gerade im Krankenhaus.
      Falls es noch Verständnisprobleme gibt helfe ich dir gerne weiter. Musst dich allerdings noch ein paar tage gedulden 😉

      Antwort

  3. Hallo!
    Danke für die sehr sehr gute Erklärung zum Thema Pullp-Up/Pull-Down.
    Dies ist die erste, die ich richtig gut Verstanden habe.
    Der Knackpunkt und Unterschied zu den meisten anderen Erklärung war die Simplifizierung des µCs zu einem hochohmigen Widerstand. Jetzt ist alles logisch.:)

    Antwort

  4. Vielen Dank. Ein Verständnisproblem habe ich noch: Wenn der Strom sich den Weg des geringsten Widerstandes sucht und deshalb beim Pull-Up bei geschlossenem Schalter 5V am Input ankommen, wäre beim Pull-Down nicht ebenfalls der Weg des geringeren Widerstandes, direkt zum GND zu fließen statt zum Pin? Sorry für die Basis-Verständnis-Frage :-/

    Antwort

    1. Erstmal danke für den Artikel, gut erklärt!
      Beschäftige mich erst seit kurzem mit Elektronik, denke jedoch deine Frage beantworten zu können: Im Pullup Beispiel (1) liegen die 2 Widerstände in Serie, sprich gleiche Stromstärke unterschiedliche Spannung. Im Pulldown Beispiel (2) ist es eine Parallelschaltung, sprich genau umgekehrt gleiche Spannung unterschiedliche Stromstärke. Stichwort: Kirchhoffschen Regeln

      Antwort

  5. Wie kann man einen Pullup oder Pulldown dimensionieren? Kann man einfach einen sehr großen Wert nehmen oder muss das bestimmt werden (gibt es dazu ein Formel)?

    PS. Mir hat dein Artikel auch sehr gut gefallen.

    Antwort

    1. Danke für das Kompliment.

      Der Wert sollte einfach möglichst hoch sein. So 20k bis 50k Ohm würde ich sagen. Ansonsten einfach im Datenblatt nachschauen.

      Grüße

      Antwort

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