集电极开路等概念.docx

什么是漏极开路( OD )? 什么是漏极开路( OD )? 对于漏极开路( OD )输出,跟集电极开路输出是十分类似的。将上面的三极管换成场效应管即可。这样集电极就变成了漏极, OC 就变成了 OD ,原理分析是一样的。另一种输出结构是推挽输出。推挽输出的结构就是把上面的上拉电阻也换成一个开关,当要输出高电平时,上面的开关通,下面的开关断;而要输出低电平时,则刚好相反。比起 OC 或者 OD 来说,这样的推挽结构高、低电平驱动能力都很强。如果两个输出不同电平的输出口接在一起的话,就会产生很大的电流,有可能将输出口烧坏。而上面说的 OC或 OD 输出则不会有这样的情况,因为上拉电阻提供的电流比较小。如果是推挽输出的要设置为高阻态时,则两个开关必须同时断开(或者在输出口上使用一个传输门),这样可作为输入状态, AVR 单片机的一些 IO 口就是这种结构。我们先来说说集电极开路输出的结构。集电极开路输出的结构如图 1 所示,右边的那个三极管集电极什么都不接,所以叫做集电极开路(左边的三极管为反相之用,使输入为“0”时,输出也为“0”)。对于图 1 ,当左端的输入为“0”时,前面的三极管截止(即集电极c 跟发射极 e 之间相当于断开),所以 5v 电源通过 1k 电阻加到右边的三极管上,右边的三极管导通(即相当于一个开关闭合);当左端的输入为“1”时,前面的三极管导通, 而后面的三极管截止(相当于开关断开)。我们将图 1 简化成图 2 的样子。图 2 中的开关受软件控制, “1”时断开, “0”时闭合。很明显可以看出,当开关闭合时,输出直接接地,所以输出电平为 0 。而当开关断开时, 则输出端悬空了,即高阻态。这时电平状态未知,如果后面一个电阻负载(即使很轻的负载)到地,那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了,所以这个电路是不能输出高电平的。再看图三。图三中那个 1k 的电阻即是上拉电阻。如果开关闭合,则有电流从 1k 电阻及开关上流过,但由于开关闭和时电阻为 0 (方便我们的讨论,实际情况中开关电阻不为 0 ,另外对于三极管还存在饱和压降),所以在开关上的电压为 0 ,即输出电平为 0 。如果开关断开,则由于开关电阻为无穷大(同上,不考虑实际中的漏电流),所以流过的电流为 0, 因此在 1k 电阻上的压降也为 0 ,所以输出端的电压就是 5v 了,这样就能输出高电平了。但是这个输出的内阻是比较大的(即 1kω),如果接一个电阻为 r 的负载,通过分压计算,就可以算得最后的输出电压为 5*r/(r+1000) 伏,即 5/(1+1000/r) 伏。所以,如果要达到一定的电压的话, r 就不能太小。如果 r 真的太小,而导致输出电压不够的话,那我们只有通过减小那个 1k 的上拉电阻来增加驱动能力。但是,上拉电阻又不能取得太小,因为当开关闭合时,将产生电流,由于开关能流过的电流是有限的,因此限制了上拉电阻的取值,另外还需要考虑到,当输出低电平时,负载可能还会给提供一部分电流从开关流过, 因此要综合这些电流考虑来选择合适的上拉电阻。如果我们将一个读数据用的输入端接在输出端,这样就是一个 io 口了( 51的 io 口就是这样的结构,其中 p0 口内部不带上拉,而其它三个口带内部上拉),当我们要使用输入功能时,只要将输出口设置为 1 即可,这样就相当于那个开关断开