集電極開路電路圖講解 集電極開路電路的工作原理、應(yīng)用場景及優(yōu)缺點(diǎn)

何為集電極開路電路？

集電極開路就像是一個(gè)開關(guān)，其一端連接電源或接地。集電極開路電路常用在集成電路的輸出，其輸出可以根據(jù)使用的晶體管類型（NPN型或PNP型）為外圍提供灌電流和拉電流能力。

由于NPN和PNP三極管的特性，我們只需控制三極管基極就可以令集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，用NPN三極管可以做成具有灌電流能力的集電極開路電路，PNP三極管可以做成具有拉電流能力的集電極開路電路。圖中為兩種輸出類型的電路結(jié)構(gòu)。

對于使用NPN三極管組成的具有灌電流能力的集電極開路電路，利用三極管的特性，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，三極管的集電極會(huì)呈現(xiàn)出連接到地的狀態(tài)，此時(shí)外部的電流可以流經(jīng)三極管到地。當(dāng)三極管關(guān)斷時(shí)，三極管的集電極呈現(xiàn)高阻態(tài)，此時(shí)電流不能流經(jīng)此處，在集電極上電壓等于外部電壓。當(dāng)三極管基極IBE=2mA時(shí)，若三極管的放大倍數(shù)為50倍時(shí)，流經(jīng)集電極的最大電流為ICE=50*IBE=100mA。意味著外部向集電極電路中灌入的電流能達(dá)到100mA。

對于使用PNP三極管組成的具有拉電流能力的集電極開路電路，利用三極管的特性，我們可以改變基極電流IEB的電流大小來控制集電極開路電路的輸出能力，由于此時(shí)的基極電壓只要和輸出電壓存在0.7V壓差，就會(huì)導(dǎo)致三極管無法關(guān)斷，通常對于基極需要增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。而NPN三極管組成的具有灌電流能力的集電極開路電路就是一個(gè)很好的驅(qū)動(dòng)電路，將灌電流集電極開路電路的輸出與拉電流集電極開路電路的輸入連接，就能保證PNP三極管能夠完全關(guān)斷，其電路如下圖所示。

當(dāng)PNP三極管導(dǎo)通時(shí)，PNP三極管的發(fā)射極會(huì)呈現(xiàn)出連接到電源的狀態(tài)，此時(shí)外部的電流可以流經(jīng)PNP三極管到外部負(fù)載。當(dāng)PNP三極管呈現(xiàn)關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，其集電極呈現(xiàn)出浮空狀態(tài)，一般需要增加下拉電阻來保持輸出的低電平狀態(tài)。

集電極開路電路的應(yīng)用場景

推挽電路：在集成電路中常見的推挽輸出就是由拉電流集電極開路電路和灌電流集電極開路電路短接輸出組成的，這個(gè)電路可以輸出輸入很大的電流，無需外部器件就能保持輸出的電平穩(wěn)定。這個(gè)電路還常用于圖騰柱驅(qū)動(dòng)。

邏輯門電路：集電極開路電路本身就是一個(gè)非門電路，通過將多個(gè)非門組合就能組成與或門電路。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)：集電極開路電路由于其很高的電流放大能力，可以用于一些電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。

電壓比較器輸出：對于電壓比較器為了保證輸出的狀態(tài)穩(wěn)定，通常在運(yùn)放的輸出后加集電極開路電路來作為輸出。

集電極開路電路的優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)

（1）集電極開路電路很容易與其他數(shù)字設(shè)備連接。

（2）集電極開路電路可用于在多個(gè)輸出之間創(chuàng)建線或連接。

（3）集電極開路輸出可以吸收比標(biāo)準(zhǔn)輸出更多的電流，使其成為驅(qū)動(dòng) LED 和其他低電流設(shè)備的理想選擇。

（4）集電極開路設(shè)計(jì)也不會(huì)像其他數(shù)字設(shè)計(jì)那樣受到串?dāng)_或噪聲的影響。

2.缺點(diǎn)

（1）集電極開路電路的開關(guān)邏輯速度相對較慢。

（2）NPN型集電極開路電路只能用作灌電流，要保持輸出為高電平需要在外部增加上拉電阻，PNP型集電極開路電路只能用作拉電流，要保持輸出為低電平需要在外部增加下拉電阻。

　　審核編輯：湯梓紅