OC门

本文详细介绍了开漏(opendrain)和开集(opencollector)电路的概念及其应用。开漏电路通常由MOSFET的漏极组成,并通过上拉电阻输出高电平。开集电路则涉及三极管的集电极,同样需要上拉电阻才能工作。这两种电路在减少IC内部驱动、实现线与逻辑关系等方面有着重要作用。

在电路设计时我们常常遇到开漏(open drain)和开集(open collector)的概念。所谓开漏电路概念中提到的“漏”就是指MOS FET的漏极。同理,开集电路中的“集”就是指三极管的集电极。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。

 

1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。

2. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成“与逻辑”关系。

(这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理)

3. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。

4. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平。

 

注意:上拉电阻R pull-up的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度。阻值越大,速度越低功耗越小。反之亦然。

 

OC门

 

实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上,将这些与非门上的数据(状态)用同一条导线输送出去。因此,需要一种新的与非门电路来实现线与逻辑,这种门电路就集电极开路与非门电路OC门(open collector)。

OC门电路及逻辑符号见图Z1201,该电路的特点是输出管T5的集电极悬空,使用时需外接一个负载电阻RP和电源Ec。

 

OC门的主要用途:

 

      1、 现与或非逻辑,用做电平转换,用做驱动器。由于OC门电路的输出管的集电极悬空,使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。OC门使用上拉电阻以输出高电平,此外为了加大输出引脚的驱动能力,上拉电阻阻值的选择原则,从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大;从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。 

2、 线与逻辑,即两个输出端(包括两个以上)直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用,而一般TTL门输出端并不能直接并接使用,否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流(灌电流),而烧坏器件。在硬件上,可用OC门或三态门(ST门)来实现。 用OC门实现线与,应同时在输出端口应加一个上拉电阻。

 

   出端都是集电极开路才可以线与(输出端相连)


<think> 嗯,用户这次想了解OC的相关知识,包括原理、特点、应用和典型电路。从对话历史看,用户之前询问过运算放大器的电气特点和典型电路,说明ta可能在学习电子技术的基础知识。这次提问聚焦OC,属于数字电路中的特殊电路结构。 用户提供的引用材料很有价值,特别是[1]和[2]直接说明了OC的关键特性:开漏输出的本质、与OD的区别、以及实际输出电压的差异。需要特别强调三极管饱和压降这个细节,因为0.3V左右的输出电压在数字电路设计中容易被忽视却影响重大。用户引用的[3][4]虽然涉及电源芯片和功率器件,但和当前问题关联度不高,只需参考其工程思维即可。 在组织回答时,应该突出三个核心层面:首先解释OC的基本结构(集电极开路)和工作原理(依赖上拉电阻),然后对比强调其“只能吸收电流不能输出电流”的独特性质,最后通过典型应用电路(线与、电平转换)展示工程价值。特别注意要纠正一个常见误解:很多人以为OC输出高电平就是Vcc,实际上应该是上拉电阻的电源电压,这个细节关系到电平转换功能的实现。 用户似乎比较关注实际参数(如饱和压降0.3V),所以在典型电路部分要加入具体数值计算。比如驱动继电器时,需要根据继电器线圈电阻计算上拉电阻值,并说明三极管饱和压降如何影响驱动电压余量。电平转换的例子中则要体现5V转3.3V这样的实用场景。 最后生成的问题需要引导用户深入思考设计细节:“线与连接的限制条件”涉及电阻计算和干扰问题,“电平转换的电压匹配”关系到噪声容限设计,“驱动感性负载的保护电路”则是实际工程必备知识。这样能帮助用户从理论过渡到实践。 </think> 以下是关于OC(集电极开路)的详细解析,包含原理、特点、应用及典型电路,结合引用材料进行说明: --- ### **一、OC原理** 1. **电路结构** OC在普通电路基础上移除内部上拉结构,使三极管集电极(输出端)**悬空开路**。其输出状态仅由三极管导通/截止决定: - 输入高电平 → 三极管导通 → 输出低电平($V_{OL} \approx 0.3V$,因三极管饱和压降[^2]) - 输入低电平 → 三极管截止 → 输出高阻态(需外接上拉电阻拉高电平) 2. **工作依赖外部电路** OC需外接**上拉电阻$R_P$和电源$V_{CC2}$**才能输出有效高电平($V_{OH} = V_{CC2}$),形成完整回路[^1]。 --- ### **二、核心特点** | 特性 | 说明 | |---------------------|----------------------------------------------------------------------| | **输出电流能力** | 只能**灌电流(Sink Current)**,最大吸收电流可达数十mA(驱动能力强)[^1] | | **输出电平** | 低电平$V_{OL} \approx 0.2V-0.3V$(三极管饱和压降)[^2];高电平$V_{OH}=V_{CC2}$ | | **线与逻辑(Wired-AND)** | 多个OC输出直接并联,实现逻辑与功能(见图1) | | **电平转换** | 通过$V_{CC2}$灵活转换输出电平(如5V→12V) | | **高阻抗状态** | 三极管截止时输出高阻,减少总线冲突 | > 💡 **与OD区别**:OC使用三极管,饱和压降导致$V_{OL}>0$;OD用MOS管,$V_{OL} \approx 0V$[^2]。 --- ### **三、典型应用电路** #### **1. 线与逻辑(总线应用)** ```plaintext +Vcc │ Rp │ Output1───┼───Output (Y = Y1·Y2·...·Yn) OC1 │ ├───Output2 │ OC2 └───... ``` - **逻辑关系**:$Y = Y_1 \cdot Y_2 \cdot \cdots \cdot Y_n$ - **关键设计**:$R_P$需满足: - 最小值:$R_{Pmin} = \frac{V_{CC2} - V_{OL}}{I_{OL(max)} - nI_{IL}}$ - 最大值:$R_{Pmax} = \frac{V_{CC2} - V_{OH}}{mI_{IH} + kI_{L}}$ ($n$:负载数;$m$:驱动数;$k$:上拉电流系数) #### **2. 电平转换电路** ```plaintext 逻辑电路 (3.3V) ──► OC ─┬─► 输出 (12V) │ Rp │ +12V ``` - 将低压逻辑信号(如3.3V)转换为高压信号(如12V)[^1] #### **3. 驱动大电流负载** ```plaintext +24V │ Rp │ ┌┴┐ OC输出─┤ ├─► 继电器线圈 └┬┘ │ GND ``` - 利用OC高灌电流能力直接驱动继电器/LED等[^1] --- ### **四、设计注意事项** 1. **上拉电阻$R_P$选型** - $R_P$过小 → 功耗增大,可能超出OC灌电流能力 - $R_P$过大 → 上升沿变缓(因$RC$延时),抗干扰能力下降 2. **电平匹配** 输出高电平$V_{OH}=V_{CC2}$,需确保与下级电路电平兼容 3. **抗干扰** 高阻态时易受噪声影响,必要时增加滤波电容 > ⚠️ **三极管饱和压降影响**:在精密逻辑电路中,$V_{OL} \approx 0.3V$可能被误判为高电平,需设定合理阈值[^2]。 --- ### **五、OC vs OD** | 特性 | OC | OD | |--------------|--------------------------|--------------------------| | **器件类型** | 双极型三极管 | MOS管 | | **$V_{OL}$** | $0.2V-0.3V$ (饱和压降) | $\approx 0V$ (低导通电阻) | | **开关速度** | 较慢(载流子存储效应) | 较快 | | **功耗** | 较高 | 较低 | --- ### **典型芯片示例** - **74系列**:74LS05(六反相OC)、74LS07(缓冲OC) - **驱动应用**:OC5800(高侧驱动芯片,利用OC结构实现90V高压输入[^3]) ---
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