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文檔簡介

1、5 / 5集電極開路、漏極開路、推挽、上拉電阻、弱上拉、三態(tài)門、準(zhǔn)雙向口集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)如圖1所示,右邊的那個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,輸出也為 “0”。對于圖1,當(dāng)左端的輸入為“ 0”時,前面的三極管截止,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;當(dāng)左端的輸入為“ 1”時,前面 的三極管導(dǎo)通,而后面的三極管截止。.1 m電平 寫氐就手幵訂揄岀7我們將圖1簡化成圖2的樣子,很明顯可以看出,當(dāng)開關(guān)閉合時,輸出直接接 地,所以輸出電平為0。而當(dāng)開關(guān)斷開時,則輸出端懸空了,即高阻態(tài)。這時電 平狀態(tài)未知,如果后

2、面一個電阻負(fù)載到地,那么輸出端 的電平就被這個負(fù)載拉 到低電平了,所以這個電路是不能輸出高電平的。圖3中那個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)閉和時電阻為0(方便我們的討論,實際情況中開關(guān)電阻 不為0,另外對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)電阻為無窮大(同上,不考慮實際中的 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。但是這個輸出的內(nèi)阻是比較大的一一即 1k,如果接一個電阻為r的負(fù)載,通過 分壓計算,就可以算得最后的輸出

3、電壓為 5*r/(葉1000)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1k的上拉電阻來增加驅(qū)動能力。但是,上拉電阻又不 能取得太小,因為當(dāng)開關(guān)閉合時,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,負(fù)載 可能還會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選擇合適 的上拉電阻。如果我們將一個讀數(shù)據(jù)用的輸入端接在輸出端,這樣就是一個10 口了,51的10 口就是這樣的結(jié)構(gòu),其中P0口內(nèi)部不帶上拉,而其它三個口帶內(nèi)部上拉。當(dāng) 我們要使用輸入功能時,只要將輸出口

4、設(shè)置為 1即可,這樣就相當(dāng)于那個開關(guān) 斷開,而對于P0口來說,就是高阻態(tài)了。對于漏極開路(0D輸出,跟集電極開路輸出是十分類似的。將上面的三極管 換成場效應(yīng)管即可。這樣集電極就變成了漏極, 0C就變成了 0D原理分析是一 樣的。0C1主要用于3個方面:實現(xiàn)與或非邏輯,用做電平轉(zhuǎn)換,用做驅(qū)動器。 開漏形式的電路有以下幾個特點:1. 利用外部電路的驅(qū)動能力,減少IC內(nèi)部的驅(qū)動,或驅(qū)動比芯片電源電壓高的 負(fù)載。2. 可以將多個開漏輸出的Pin,連接到一條線上。通過一只上拉電阻,在不增加 任何器件的情況下,形成“與邏輯”關(guān)系。這也是 I2C,SMBu等總線判斷總線 占用狀態(tài)的原理。3. 由于漏級開路,

5、所以后級電路必須接一上拉電阻,上拉電阻的電源電壓就可 以決定輸出電平。這樣就可以進(jìn)行任意電平的轉(zhuǎn)換了。4. 源極開路提供了靈活的輸出方式, 但是也有其弱點,就是帶來上升沿的延時。 因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負(fù)載充電,所以當(dāng)電阻選擇小時延時就小,但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求,則建議用下降沿輸出。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 個開關(guān),當(dāng)要輸出高電平時,上面的開關(guān)通,下面的開關(guān)斷;而要輸出低電平 時,則剛好相反。比起0C或者0D來說,這樣的推挽結(jié)構(gòu)高、低電平驅(qū)動能力 都很強。如果兩個輸出不同電平的輸出口接在一起的話,就會產(chǎn)生很大的

6、電流, 有可能將輸出口燒壞。而上面說的 0C或0D俞出則不會有這樣的情況,因為上 拉電阻提供的電流比較小。如果是推挽輸出的要設(shè)置為高阻態(tài)時,則兩個開關(guān) 必須同時斷開(或者在輸出口上使用一個傳輸門),這樣可作為輸入狀態(tài),AVR單片機的一些I0 口就是這種結(jié)構(gòu)。*單片機內(nèi)部的邏輯經(jīng)過內(nèi)部的邏輯運算后需要輸出到外面,外面的器件可能需 要較大的電流才能推動,因此在單片機的輸出端口必須有一個驅(qū)動電路。這種 驅(qū)動電路有兩種形式:其中的一種是采用一只N型三極管一一NPN或N溝道,以NPN三極管為例,就是 e接地,b接內(nèi)部的邏輯運算,c引出。b受內(nèi)部驅(qū)動可以控制三極管是否導(dǎo)通, 但如果三極管的c極一直懸空,盡

7、管b極上發(fā)生高低變化,c極上也不會有高低 變化,因此在這種條件下必須在外部提供一個電阻,電阻的一端接c(引出腳)另一端接電源,這樣當(dāng)三極管的b有高電壓是三極管導(dǎo)通,c電壓為低,當(dāng)b 為低電壓時三極管不通,c極在電阻的拉動下為高電壓。 這種驅(qū)動電路有個特 點:低電壓是三極管驅(qū)動的,高電壓是電阻驅(qū)動的一一上下不對稱,三極管導(dǎo) 通時的ec內(nèi)阻很小,因此可以提供很大的電流,可以直接驅(qū)動led甚至繼電器, 但電阻的驅(qū)動是有限的,最大高電平輸出電流 =(VCC-Vh)/r ;另一種是互補推挽輸出,采用2只晶體管,一只在上一只在下,上面的一只是 n型,下面為p型(以三極管為例),兩只管子的連接為:NP(上)

8、的c連VCC, PNP(下)的c接地,兩只管子的ee,bb相連,其中ee作為輸出(引出腳), bb接內(nèi)部邏輯。這個電路通常用于功率放大點路的末級(音響),當(dāng)bb接高電壓時NPNt導(dǎo)通輸出高電壓,由于三極管的ec電阻很小,因此輸出的高電壓 有很強的驅(qū)動能力,當(dāng)bb接低電壓時NPN截至,PNP導(dǎo)通,由于三極管的ec 電阻很小因此輸出的低電壓有很強的驅(qū)動能力。簡單的例子,9013導(dǎo)通時ec電阻不到10歐,以Vh=2.5v, VCC=5計算,高電平輸出電流最大=250MA短路 電流500ma這個計算同時告訴我們采用推挽輸出時一定要小心千萬不要出現(xiàn) 外部電路短路的可能,否則肯定燒毀芯片,特別是外部驅(qū)動三

9、極管時別忘了在 三極管的基極加限流電阻。推挽輸出電路的形式很多,有些單片機上下都采用 n型管,但內(nèi)部邏輯提供互補輸出,以上的說明僅僅為了說明推挽的原理,為了更深的理解可以參考功率放大電路。*上拉電阻很大,提供的驅(qū)動電流很小,叫弱上拉;反之叫強上拉。為什么要使用拉電阻:上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平,電阻同時起限流作用, 下拉同理。上拉是對器件注入電流,下拉是輸出電流,弱強只是上拉電阻的阻 值不同,沒有什么嚴(yán)格區(qū)分。對于非OG OD輸出型電路提升電流和電壓的能力是有限的,上拉電阻的功能主 要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。上拉電阻的主要應(yīng)用:1當(dāng)TTL電路驅(qū)動COM電路時,

10、如果TTL電路輸出的高電平低于 COM電路的 最低高電平(一般為3.5V),這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻,以提高 輸出高電平的值。2、OC、1電路要輸出“ 1”時需要加上拉電阻,不加根本就沒有高電平。3、為加大輸出引腳的驅(qū)動能力,有的單片機管腳上也常使用上拉電阻,但在用 OC、1作驅(qū)動(例如:控制一個 LED)灌電流工作時就可以不加上拉電阻。4、在COM芯片上,為了防止靜電造成損壞,不用的管腳不能懸空,一般接上 拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗,提供泄荷通路。5、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。6、 長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾,加上下拉電阻是電阻匹配,

11、有 效的抑制反射波干擾。上拉電阻阻值的選擇原則包括:1從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大;電阻大,電流小。2、從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小;電阻小,電流大。3、對于高速電路,過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點,通常在1k到10k之間選取。對下拉電阻也有類似道理。*高阻態(tài)時引腳對地電阻無窮,此時讀引腳電平時可以讀到真實的電平值。高阻 態(tài)的重要作用就是l/O(輸入/輸出)口在輸入時讀入外部電平用。一般門與其它電路的連接,無非是兩種狀態(tài),1或者0,在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中, 為了能在一條傳輸線上傳送不同部件的信號,研制了相應(yīng)的邏輯器件稱為三態(tài) 門。三態(tài)門,除了有這兩種狀態(tài)以外還有一個高阻態(tài),就是高阻抗(電阻很大, 相當(dāng)于開路)。相當(dāng)于該門與和它連接的電路處于斷開的狀態(tài)。三態(tài)門是一種 擴展邏輯功能的輸出級,也是一種控制開關(guān)。主要是用于總線的連接,

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