Pull-up- und Pull-down-Widerstände: Verständlich erklärt!
Pull-up / Pull-down Widerstände
Das ist ein vollwertiger Auszug aus dem Buch Elektronik und Heimautomation DIY.
„Pull“ bedeutet bekanntlich ziehen, „up“ heißt hinauf, und „down“ heißt hinunter. Ein Pull-up-Widerstand „zieht“ also etwas hinauf, während ein Pull-down-Widerstand etwas hinunterzieht. Das Prinzip ist ganz einfach: Der eine Widerstand zieht die elektrische Spannung nach oben, der andere nach unten. Dabei wird die Spannung in der Regel entweder bis zur Betriebsspannung hinaufgezogen oder bis auf GND (0V) hinuntergezogen.
Warum brauchen wir Pull-up- und Pull-down-Widerstände?
Ein Raspberry Pi oder Arduino verfügt über sogenannte Pins, die als Ein- und Ausgänge genutzt werden. Damit diese korrekt arbeiten, müssen sie sich in einem definierten Zustand befinden – entweder HIGH oder LOW. Ohne diese Definition können jedoch Störungen auftreten: Spannungsschwankungen oder hochfrequente Einstreuungen umliegender Bauteile können dafür sorgen, dass der Pin kein klares Signal empfängt. In solchen Fällen könnte ein Eingang ungewollt zwischen HIGH und LOW wechseln und unerwünschte Schaltungen auslösen.
Um dieses Problem zu vermeiden, setzen wir Pull-up- und Pull-down-Widerstände ein. Diese Widerstände sorgen dafür, dass der Zustand eines Pins immer eindeutig ist – selbst dann, wenn kein Signal angelegt ist.
Schauen wir uns nun die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und Funktionsweisen dieser Widerstände genauer an.
Ohne Widerstand:
+5 Volt direkt
Bei diesem Beispiel verwenden wir keinen Widerstand, was die Gefahr birgt, dass am Eingang durch äußere Einflüsse eine Spannung anliegt, die den Arduino ungewollt schalten lässt. Der Kontakt ist somit undefiniert.
Wird der Taster gedrückt, liegen die +5 V an, und der Arduino schaltet wie gewünscht einwandfrei.

Pull-up Widerstand:
GND direkt:
Hier ist dasselbe Beispiel, aber dieses Mal schalten wir gegen GND. Auch in diesem Fall bleibt der Kontakt undefiniert.
Wird der Taster gedrückt, liegt GND an, und der Arduino schaltet wie gewünscht einwandfrei.

Pull-up Widerstand:
Pull-up:
Bei offenem Taster zieht der Widerstand den Eingang auf +5 V. Dadurch liegt ein eindeutiges „HIGH“ an. Dieser Widerstand wird daher Pull-up-Widerstand genannt, da er den Eingang auf die Betriebsspannung hinaufzieht.
Bei geschlossenem Taster wird der Eingang mit GND verbunden. Die Spannung fällt dabei vollständig am Pull-up-Widerstand ab, wodurch am Eingang ein klares „LOW“ anliegt.

Pull-down Widerstand:
Pull-down:
Bei offenem Taster zieht der Widerstand den Eingang gegen GND. Hier liegt definitiv 0 V, also «LOW» an. Deswegen wird dieser Widerstand als Pull-down Widerstand bezeichnet. Der Eingang wird auf GND heruntergezogen.
Bei geschlossenem Taster wird +5 V mit dem Eingang verbunden. Die Spannung fällt komplett am Pull-down-Widerstand ab, wodurch am Eingang +5 V und somit ein eindeutiges «HIGH» anliegt.

Welche Werte sollten Pull-up und Pull-down Widerstände haben?
Die Wahl des Widerstandswertes hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab. Im Normalfall eignen sich Werte zwischen 10 kΩ und 100 kΩ. Es ist also nicht zwingend erforderlich, die oft empfohlenen 10 kΩ zu verwenden.
Ein größerer Widerstand (z. B. 100 kΩ) ist besonders dann sinnvoll, wenn der Arduino oder das System mit einer Batterie betrieben wird. Hier spielt ein niedriger Stromverbrauch eine zentrale Rolle, und höhere Widerstandswerte tragen dazu bei, die Batterie zu schonen. Dank des Ohmschen Gesetzes wissen wir: Je kleiner der Widerstand, desto höher der Stromfluss – was den Stromverbrauch erhöht und die Batterielaufzeit verkürzt.
Allerdings bietet ein kleinerer Widerstand (z. B. 10 kΩ oder weniger) den Vorteil, dass er empfindlicher gegenüber Störimpulsen ist. In „raueren Umgebungen“, in denen viele elektromagnetische Einstreuungen auftreten, können niedrigere Widerstandswerte sinnvoll sein, da sie mehr Störungen kompensieren.
Zusammengefasst:
Höhere Widerstände (z. B. 100 kΩ): Geringer Stromverbrauch, ideal für Batterieprojekte, aber anfälliger gegenüber Störungen.
Niedrigere Widerstände (z. B. 10 kΩ): Bessere Störsicherheit, höherer Stromverbrauch.
Die folgende Grafik dient als Richtwert und zeigt, welche Widerstandswerte sich für verschiedene Anwendungen eignen. Allgemein gilt:
1–10 kΩ für allgemeine Anwendungen.
10–100 kΩ für batteriebetriebene Systeme.

Kurzschluss
Kontakt offen
Allgemein
Batterie
Pull-up oder Pull-down Widerstand, welchen nehme ich jetzt?
Es spielt eigentlich keine Rolle, ob wir einen Pull-up- oder Pull-down-Widerstand verwenden. Wenn man die Wahl hat, ob man gegen GND oder VCC schaltet, dann ist das eine Frage der Störsicherheit. Die bessere Wahl ist hier der Pull-up-Widerstand, da er auch batteriefreundlicher ist.
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