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集電極開路

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一個集成電路(IC)開集級電路的簡化圖,注意此引腳的輸出與內部訊號是反相的。

開集極電路(英語:Open Collector,俗稱「集電極開路門」或「OC門」),是一種集成電路的輸出裝置。OC門實際上只是一個NPN型三極管,並不輸出某一特定電壓值或電流值。OC門根據三極管基極所接的集成電路來決定(三極管發射極接地),通過三極管集電極,使其開路而輸出。而輸出裝置若為場效電晶體(MOSFET),則稱之為漏極開路(英語:Open Drain,俗稱「OD門」),工作原理相仿。通過OC門這一裝置,能夠讓邏輯門輸出端的直接並聯使用。兩個OC門的並聯,可以實現邏輯與的關係,稱為「線與」,但在輸出埠應加一個上拉電阻電源相連。

OC 的工作特性

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這種組態的特性是,輸出側上拉電阻(pull-up resistor)連接的電壓不一定需要使用與輸入側IC同樣的電源(VCC),可以是用更低或更高的電壓來代替。因此,集電極開路電路有時用於連接不同工作電位、或用於外部電路需要更高電壓的場合。

通過 7407 OC 緩衝區,以 5V 的 TTL 訊號驅動 12V 繼電器

OC 的另一個優點是多個 OC 輸出允許連接到同一條線上。從輸出端向里看,OC 引腳在輸出高電平時高阻、低電平時接地,因此如果所有的輸出都在高阻抗(即邏輯 1)狀態,該線(以及下游的上拉電阻)將輸出一個高電壓的狀態;但如果至少一個 OC 輸出處在低電平(即邏輯 0),那麼它們會吸收電流、將輸出線拉到低電平。因此,集極開路裝置通常用於連接多個器件的總線,前提是該匯流排的邏輯是同一時刻僅有單個裝置輸出(負邏輯的)有效訊號,例如 MCS-51 系列的寫使能(/WR 等)。這允許一個正在驅動匯流排的裝置不會和其他不活動的裝置互相干擾——如果不使用 OC 輸出,那麼不活動(輸出低電平)的裝置將試圖把總線電壓拉回低電平,造成不可預知的輸出。

基於上面的優點,可以將幾個 OC 連接在一起形成「線與(wired AND)」(正邏輯,即高電平代表真)或「線或(wired OR)」(負邏輯,低電平代表真)。線或的原理可通過簡單的分析得知,也可由德摩根定律證明。

OC 唯一的問題就是功率耗損。因為這樣的組態往往需要較高的電流才能正確的工作,即使在關閉的狀態,也通常會有幾個 nA 的洩漏電流,更不用說輸出側上拉電阻所帶來的損耗。