集电极开路输出的原理.doc

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1、电压比较器LM393没有高电平输出？作者ruoye0228日期2009-3-173:12:00电压比较器LM393没有高电平输出？像LM393、LM339等电压比较器，是集电极开路输出的，所以必须加上拉电阻，才能输出高电平。A：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

2、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

3、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

4、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，

5、这样就相当于那个开关断开，而对于P0口来说，就是高阻态了。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

6、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。上拉电阻一般是一端接电源，一端接芯片管脚的电路中的电阻，下拉电阻一般是指一端接芯片管脚一端接地的电阻。如下图的两个BiasResaitor电阻就是上拉电阻和下拉电阻。图中，上部的一个BiasResaitor电阻因为是接地，因而叫做下拉电阻，意思是将电路节点A的电平向低方向（地）拉；同样，图中，下部的一个BiasResaitor电

7、阻因为是电源（正），因而叫做上拉电阻，意思是将电路节点A的电平向高方向（电源正）拉。当然，许多电路中上拉下拉电阻中间的那个12k电阻是没有的或者看不到的。我找来这个图是RS－485/RS－422总线上的，可以一下子认识上拉下拉的意思。但许多电路只有一个上拉或下拉电阻，而且实际中，还是上拉电阻的为多。上拉、下拉电阻的主要作用是在电路驱动器关闭时给线路（节点）以一个固定的电平。1、在RS－485总线中，它们的主要作用就是在线路所有驱动器都释放总线时让所有节点的A－B端电压在200mV或200mV以上（不考虑极性）。不然，如果接

8、收器输入端A和B间的电平低于±200mV（绝对值小于200mV)，接收器输出的逻辑电平将被当作所传输数据的末位而被接收起来，这样显然是极容易产生通讯错误的。2、最容易见到的上拉电阻应当是NE555电路7脚作为输出用的时候。实际上，它和一个三极管的C极或MOS管的D极有一个电阻接到电源＋上是一样道理的。它