資料介紹
什么是集電極開路(OC)?
我們先來(lái)說說集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)。集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)如圖1所示,右邊的那個(gè)三極管集電極什么都不接,所以叫做集電極開路(左邊的三極管為反相之用,使輸入為"0"時(shí),輸出也為"0")。
對(duì)于圖1,當(dāng)左端的輸入為“0”時(shí),前面的三極管截止(即集電極C跟發(fā)射極E之間相當(dāng)于斷開),所以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上,右邊的三極管導(dǎo)通(即相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)閉合);當(dāng)左端的輸入為“1”時(shí),前面的三極管導(dǎo)通,而后面的三極管截止(相當(dāng)于開關(guān)斷開)。
我們將圖1簡(jiǎn)化成圖2的樣子。圖2中的開關(guān)受軟件控制,“1”時(shí)斷開,“0”時(shí)閉合。很明顯可以看出,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí),輸出直接接地,所以輸出電平為0。而當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),則輸出端懸空了,即高阻態(tài)。這時(shí)電平狀態(tài)未知,如果后面一個(gè)電阻負(fù)載(即使很輕的負(fù)載)到地,那么輸出端的電平就被這個(gè)負(fù)載拉到低電平了,所以這個(gè)電路是不能輸出高電平的。
再看圖三。圖三中那個(gè)1K的電阻即是上拉電阻。如果開關(guān)閉合,則有電流從1K電阻及開關(guān)上流過,但由于開關(guān)閉和時(shí)電阻為0(方便我們的討論,實(shí)際情況中開關(guān)電阻不為0,另外對(duì)于三極管還存在飽和壓降),所以在開關(guān)上的電壓為0,即輸出電平為0。如果開關(guān)斷開,則由于開關(guān)電阻為無(wú)窮大(同上,不考慮實(shí)際中的漏電流),所以流過的電流為0,因此在1K電阻上的壓降也為0,所以輸出端的電壓就是5V了,這樣就能輸出高電平了。但是這個(gè)輸出的內(nèi)阻是比較大的(即1KΩ),如果接一個(gè)電阻為R的負(fù)載,通過分壓計(jì)算,就可以算得最后的輸出電壓為5*R/(R 1000)伏,即5/(1 1000/R)伏。所以,如果要達(dá)到一定的電壓的話,R就不能太小。如果R真的太小,而導(dǎo)致輸出電壓不夠的話,那我們只有通過減小那個(gè)1K的上拉電阻來(lái)增加驅(qū)動(dòng)能力。但是,上拉電阻又不能取得太小,因?yàn)楫?dāng)開關(guān)閉合時(shí),將產(chǎn)生電流,由于開關(guān)能流過的電流是有限的,因此限制了上拉電阻的取值,另外還需要考慮到,當(dāng)輸出低電平時(shí),負(fù)載可能還會(huì)給提供一部分電流從開關(guān)流過,因此要綜合這些電流考慮來(lái)選擇合適的上拉電阻。
如果我們將一個(gè)讀數(shù)據(jù)用的輸入端接在輸出端,這樣就是一個(gè)IO口了(51的IO口就是這樣的結(jié)構(gòu),其中P0口內(nèi)部不帶上拉,而其它三個(gè)口帶內(nèi)部上拉),當(dāng)我們要使用輸入功能時(shí),只要將輸出口設(shè)置為1即可,這樣就相當(dāng)于那個(gè)開關(guān)斷開,而對(duì)于P0口來(lái)說,就是高阻態(tài)了。
什么是漏極開路(OD)?
對(duì)于漏極開路(OD)輸出,跟集電極開路輸出是十分類似的。將上面的三極管換成場(chǎng)效應(yīng)管即可。這樣集電極就變成了漏極,OC就變成了OD,原理分析是一樣的。
另一種輸出結(jié)構(gòu)是推挽輸出。推挽輸出的結(jié)構(gòu)就是把上面的上拉電阻也換成一個(gè)開關(guān),當(dāng)要輸出高電平時(shí),上面的開關(guān)通,下面的開關(guān)斷;而要輸出低電平時(shí),則剛好相反。比起OC或者OD來(lái)說,這樣的推挽結(jié)構(gòu)高、低電平驅(qū)動(dòng)能力都很強(qiáng)。如果兩個(gè)輸出不同電平的輸出口接在一起的話,就會(huì)產(chǎn)生很大的電流,有可能將輸出口燒壞。而上面說的OC或OD輸出則不會(huì)有這樣的情況,因?yàn)樯侠娮杼峁┑碾娏鞅容^小。如果是推挽輸出的要設(shè)置為高阻態(tài)時(shí),則兩個(gè)開關(guān)必須同時(shí)斷開(或者在輸出口上使用一個(gè)傳輸門),這樣可作為輸入狀態(tài),AVR單片機(jī)的一些IO口就是這種結(jié)構(gòu)。
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