集电极开路输出的原理

1、电压比较器LM393没有高电平输出？ 作者 ruoye0228 日期 2009-3-17 3:12:00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

2、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

3、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1K），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

4、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，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

5、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Bias Resaitor 电阻就

6、是上拉电阻和下拉电阻。图中，上部的一个Bias Resaitor 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Bias Resaitor 电阻因为是电源（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RS485/RS422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RS485总线中，它们的主

7、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AB端电压在200mV或200mV以上（不考虑极性）。不然，如果接收器输入端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。它的作用就是：当管子（晶体管或MOS管）输入关断电平时，C极或D极有一个高电平（空载时约等于电源电压）；当管子（晶体管或MOS管）输入导通电平时，C极或D极将与电源地（）接通

8、，因而有一个低电平。理想的应为0V，但因为管子有导通电阻，因而有一定的电压，不同的管子可能不一样，相同的管子也可能因参数差异而小有差别，即便是真正的金属接触的电源开关，也是有接触电阻/导通压降（虽然不同电流下压降不同）的；仅仅就导通而言，对于不同系列的集成电路来说，因为应用对象不同，导通后的输出电压有不同的规定，典型是TTL电平和CMOS电平的不同。这方面超过了本问题的内容，将日志里另外处理。3建议：自己实验或用仿真软件看看。 电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系： 当”输入端

9、电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平；电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是

10、开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。可用作电压比较器的芯片：所有的运算放大器。常见的有LM324 LM358 uA741 TL081234 OP07 OP27，这些都可以做成电压比较器（不加负反馈）。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较场合，其实它们也是一种运算放大器。 比较器和运放虽然在电路图上符号相同，但这两种器件确有非常大的区别，一般不可以互换，区别如下: 1、比较器的翻转速度快，大约在ns数量级，而运放翻转速度一般为us数量级(特殊的高速运放除外。 注：比较器ns数量级是针对大信号情况下的速度，一般在几个us以内。2、运放可以接入负反馈电路，而比较器则不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，但因为其内部没有相位补偿电路，所以，如果接入负反馈，电路不能稳定工作。内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快很多的主要原因。 3、运放输出级一般采用推挽电路，双极性输出。而多数比较器输出级为集电极开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。1.最主要的区别是输出结构。比较器往往是集电极开路输出，这样可以多个比较器的输出并联，构成与门，这叫“线与”。而运放通常是推挽输出，输出端不能并联。2.比较器的输出要加上拉电阻，运放的输出不需要