關于集電極開路輸出

原理

集電極開路是一種在集成電路內(nèi)常見的輸出類型，可以看作為一端接地（公共端）的開關。此結(jié)構(gòu)內(nèi)部由一個NPN晶體管來實現(xiàn)，晶體管的基級(base) 為輸出的控制端，晶體管的發(fā)射級(emitter)接地（公共端），晶體管的集電極(collector)提供給外部電路。由其實現(xiàn)原理可以得知，此種輸出類型僅僅可以控制輸出引腳與地（公共端）的導通或截止，無法輸出電壓或電流。

其示意圖如下圖所示：

在使用MOSFET器件的電路中，類似的結(jié)構(gòu)叫開漏極（Open Drain），其示意圖如下圖所示:

我們在后面的內(nèi)容里將這兩種輸出類型都視為集電極開路輸出，不再加以區(qū)分。

特點

由于集電極開路輸出等效為一端接地（公共端）的開關，因此非常適合控制負載的電流，能夠適應不同的負載電壓（在不超過驅(qū)動芯片允許的最大負載電壓前提下）。

可以將多個輸出并聯(lián)來實現(xiàn)“與”邏輯：只要其中一路輸出導通，負載被打開；當所有輸出截止時，負載被關閉。

由于集電極開路輸出無法輸出電壓或電流，因此在驅(qū)動電壓控制型負載時，需要在輸出上添加上拉電阻（如下圖中的電阻R），如果負載需要的控制信號操作速度越快，就需要越小的上拉電阻，但是過小的上拉電阻在輸出導通時會產(chǎn)生的功耗越大，因此集電極開路結(jié)構(gòu)的缺點是其上拉電阻導致的功耗問題。

集電極開路輸出電壓

測量

在實際的現(xiàn)場應用中，需要使用電壓表來判斷控制器的數(shù)字量輸出（集電極開路結(jié)構(gòu)）是否損壞。由于集電極開路輸出無法輸出電壓或電流，因此無法通過直接使用電壓表跨接在輸出和地（公共端）之間測量輸出電壓的方式來判斷輸出是否正常，必須將輸出上拉（使用電阻或者負載實現(xiàn)上拉）到電源之后，才可以測量其電壓。

在正常工作的前提下，輸出導通時，電壓表顯示的電壓接近0V；輸出截止時，電壓表顯示的電壓接近電源電壓。如果測量結(jié)果與此不符，可以判斷輸出異?；驌p壞。

下方兩圖表分別示意了錯誤的測量方法和正確的測量方法: