集電極開路工作原理+電路圖

何為集電極開路電路？

集電極開路就像是一個開關，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射極導通，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構。

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，當三極管導通時，三極管的集電極會呈現出連接到地的狀態，此時外部的電流可以流經三極管到地。當三極管關斷時，三極管的集電極呈現高阻態，此時電流不能流經此處，在集電極上電壓等于外部電壓。當三極管基極IBE=2mA時，若三極管的放大倍數為50倍時，流經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，由于此時的基極電壓只要和輸出電壓存在0.7V壓差，就會導致三極管無法關斷，通常對于基極需要增加一個驅動電路。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很好的驅動電路，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三極管能夠完全關斷，其電路如下圖所示。

當PNP三極管導通時，PNP三極管的發射極會呈現出連接到電源的狀態，此時外部的電流可以流經PNP三極管到外部負載。當PNP三極管呈現關斷狀態時，其集電極呈現出浮空狀態，一般需要增加下拉電阻來保持輸出的低電平狀態。

集電極開路電路的應用場景

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定。這個電路還常用于圖騰柱驅動。

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

電機驅動：集電極開路電路由于其很高的電流放大能力，可以用于一些電機的驅動電路。

電壓比較器輸出：對于電壓比較器為了保證輸出的狀態穩定，通常在運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缺點

1.優點

（1）集電極開路電路很容易與其他數字設備連接。

（2）集電極開路電路可用于在多個輸出之間創建線或連接。

（3）集電極開路輸出可以吸收比標準輸出更多的電流，使其成為驅動 LED 和其他低電流設備的理想選擇。

（4）集電極開路設計也不會像其他數字設計那樣受到串擾或噪聲的影響。

2.缺點

（1）集電極開路電路的開關邏輯速度相對較慢。

（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。