技術詳析:關於集電極開路的三種輸出方式
發布時間:2015-10-14 責任編輯:susan
【導讀】集電極開路又名“開集級電路”或“OC門”,是一種集成電路的輸出裝置。OC門實際上隻是一個NPN型三極管,並不輸出某一特定電壓值或電流值。OC門根據三極管基級所接的集成電路來決定,通過三極管集電極,使其開路而輸出。
集電極開路(OC)輸出:
集電極開路輸出的結構如圖1所示,右邊的那個三極管集電極什麼都不接,所以叫做集電極開路(左邊的三極管為反相之用,使輸入為"0"時,輸出也為"0")。對於圖1,當左端的輸入為“0”時,前麵的三極管截止(即集電極C跟發射極E之間相當於斷開),所以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上,右邊的三極管導通(即相當於一個開關閉合);當左端的輸入為“1”時,前麵的三極管導通,而後麵的三極管截止(相當於開關斷開)。

我們將圖1簡化成圖2的樣子。圖2中的開關受軟件控製,“1”時斷開,“0”時閉合。很明顯可以看出,當開關閉合時,輸出直接接地,所以輸出電平為0。而當開關斷開時,則輸出端懸空了,即高阻態。這時電平狀態未知,如果後麵一個電阻負載(即使很輕的負載)到地,那麼輸出端的電平就被這個負載拉到低電平了,所以這個電路是不能輸出高電平的。
再看圖三。圖三中那個1K的電阻即是上拉電阻。如果開關閉合,則有電流從1K電阻及開關上流過,但由於開關閉和時電阻為0(方便我們的討論,實際情況中開關電阻不為0,另外對於三極管還存在飽和壓降),所以在開關上的電壓為0,即輸出電平為0。如果開關斷開,則由於開關電阻為無窮大(同上,不考慮實際中的漏電流),所以流過的電流為0,因此在1K電阻上的壓降也為0,所以輸出端的電壓就是5V了,這樣就能輸出高電平了。但是這個輸出的內阻是比較大的(即1KΩ),如果接一個電阻為R的負載,通過分壓計算,就可以算得最後的輸出電壓為5*R/(R+1000)伏,即5/(1+1000/R)伏。所以,如果要達到一定的電壓的話,R就不能太小。如果R真的太小,而導致輸出電壓不夠的話,那我們隻有通過減小那個1K的(de)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)來(lai)增(zeng)加(jia)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)。但(dan)是(shi),上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)又(you)不(bu)能(neng)取(qu)得(de)太(tai)小(xiao),因(yin)為(wei)當(dang)開(kai)關(guan)閉(bi)合(he)時(shi),將(jiang)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu),由(you)於(yu)開(kai)關(guan)能(neng)流(liu)過(guo)的(de)電(dian)流(liu)是(shi)有(you)限(xian)的(de),因(yin)此(ci)限(xian)製(zhi)了(le)上(shang)拉(la)電(dian)阻(zu)的(de)取(qu)值(zhi),另(ling)外(wai)還(hai)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)到(dao),當(dang)輸(shu)出(chu)低(di)電(dian)平(ping)時(shi),負(fu)載(zai)可(ke)能(neng)還(hai)
會給提供一部分電流從開關流過,因此要綜合這些電流考慮來選擇合適的上拉電阻。
漏極開路(OD)輸出:

漏極開路(OD)輸出,跟集電極開路輸出是十分類似的。將上麵的三極管換成場效應管即可。這樣集電極就變成了漏極,OC就變成了OD,原理分析是一樣的。對於漏極開路(OD)來說,必須在漏極輸出端接上拉電阻,否則隻能輸出低電平。
推挽(Push-Pull)輸出:
yibanzhiliangsanjiguanfenbieshoulianghubuxinhaodekongzhi,zongshizaiyigesanjiguandaotongdeshihoulingyigesanjiguanjiezhi,jiuganghaoxingchengletuiwanxianglian。zheyangdedianluyechengweituilashihuoTotem-pole電路。推挽電路適用於低電壓大電流的場合,廣泛應用於開關電源和功放電路中。簡化電路圖如下所示:

簡單理解:推挽輸出的結構就是把上麵的上拉電阻也換成一個開關,當要輸出高電平時,上麵的開關通,下麵的開關斷;而要輸出低電平時,則剛好相反。比起OC或者OD來說,這樣的推挽結構高、低電平驅動能力都很強。如果兩個輸出不同電平的輸出口接在一起的話,就會產生很大的電流,有可能將輸出口燒壞。而上麵說的OC或OD輸出則不會有這樣的情況,因為上拉電阻提供的電流比較小。如果是推挽輸出的要設置為高阻態時,則兩個開關必須同時斷開(或者在輸出口上使用一個傳輸門),這樣可作為輸入狀態。
推挽輸出舉例:傳統8051單片機的I/O接口隻可以作為標準雙向輸入/輸出接口,如果用其來驅動LED則隻能用灌電流的方式或是用三極管外擴驅動電路。灌電流方式是將LED正極接在VCC上,負極接在I/O接口上,當I/O接口為高電平時LED兩極的電平相同,沒有電流,LED為熄滅狀態。當I/O接口為低電平時,電流從VCC流入I/O接口,LED點亮。當把LED正極接在I/O接口,負極接在GND,將I/O接口置於高電平時,LED會點亮,但因為I/O接口上拉能力不足而使亮度不理想。推挽工作方式就是具有強上拉能力的工作方式,它可以實現高電平驅動LED。驚喜出現了,把LED正負極分別接在兩個I/O接口上,然後設置正極的I/O接口為推挽輸出,負極的I/O接口為標準雙向灌電流輸入,結果會怎麼樣呢?非常好,我們可以直接用I/O接口驅動LED而不需要VCC和GND。LED點陣屏就是多個LED的陣列連接,隻要把LED點陣屏的所有引腳接在I/O接口上,然後根據LED點陣屏的引腳定義,將對應正極的I/O接口設置成推挽,將對應負極的I/O接口設置成標準雙向輸入,餘下的就是把將要點亮的LED點陣屏上的點所對應的行列線分別給予高低電平,那麼一切就盡在掌握之中。
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