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集电极开路TTL门(OC门)

2015-6-8 08:22| 编辑:电工学习网| 查看: 8860| 评论: 0

TTL与非门输出端并联后出现的问题

在实际应用与非门时,某些场合希望能将多个门的输出端连在同一根导线上。在数字系统中,称公共导线为总线(BUS),为传输各门信息的公共通道。但是对于推拉输出的TTL与非门,当各个门的输出不是相同的逻辑状态时不能这样使用。有两个推拉输出的TTL与非门,若在一个门输出为高电平(即该门关门),另一个门输出为低电平(即该门开门)时,

1 两个TTL与非门输出端直接相连的错误接法

将两个门的输出端并联成图1所示电路。由于在具有推拉式输出级的电路中,无论输出是高电平还是低电平,输出电阻都很小,输出端并接后将有很大的电流i同时流过两个门的输出级,该电流远远超过了与非门的正常工作电流,足以使V3、V4 过载而损坏,更为严重的是并联后的输出电压既非逻辑1亦非逻辑0,这种不确定状态是不允许出现的。因此,推拉输出的TTL与非门输出端是不允许并联使用的。

⑵集电极开路的与非门结构和符号

避开低阻通路,把输出级改为集电极开路的结构就可以解决推拉输出的TTL与非门的输出不允许接至同一总线上的问题。如图2(a)所示,这种门称为集电极开路的与非门(OC门)。它与推拉输出的与非门的区别是用外接电阻RC代替R4、V3、VD3电源VC与VCC可以不是同一个。这种门电路在工作时需要外接负载电阻和电源。只要电阻的阻值和电源电压的数值选择得当,就能够做到既保证输出的高、低电平符合要求,输出端三极管的负载电流又不过大。

                      图2 TTL开路门 (a)电路结构;(b)符号

当几个OC门的输出端相连时,一般可共用一个电阻RC和电源VC,如图3(a)、(b)分别给出它们的符号和电路结构。

3 OC门的线与连接            图4 OC门上拉电阻的计算

3中Y1输出高电平,Y2输出低电平时,负载电流同样会通过RC流向Y2的输出管V4。但可以把外接电阻RC选得足够大,使得电流很小,确保Y1的输出管能可靠饱和,输出Y为低电平。当然RC也不能过大,否则会降低OC门的输出高电平。图4中,当相连的OC门中至少有一个输出为低电平时,总输出为低电平;当两个OC门的输出都为高电平时,则总输出为高电平。可见它能实现输出端相“与”的功能。输出

这种靠线的连接形成与功能的方式称为“线与”。同理,也可以制成集电极开路或门,集电极开路非门等等。只要是集电极开路,都允许接成线与形式,但使用时一定要注意外接电阻。

5(b)是OC门的逻辑符号,是在普通门符号输出端的框内加上“”.◇表示开路输出,下划线表示输出晶体管导通时呈现低电平的逻辑0;截止时则为高阻状态,欲使其呈现高电平的逻辑1则要接上拉电阻,外接电阻RC即为上拉电阻。另外,如果在◇上加的是上划线则表示输出晶体管导通时呈现高电平的逻辑1;截止时则为高阻状态,欲使其呈现低电平的逻辑0则要接下拉电阻,发射极开路输出即为此种情况。如果◇中间有一横线,并且有下划线(或上划线),则表示输出端内部具有上拉电阻(或下拉电阻),称为无源上拉(或无源下拉)。

⑶外接电阻RC阻值的选取方法

OC门外接电阻RC的大小取决于并联在一起的输出端数,所接电阻数以及逻辑状态。在图2–27电路中,假定将n个OC门输出端并联使用。负载是m个TTL与非门,每个门各有n个输入端。当所有OC门截止时,输出为高电平。为保证高电平不低于规定的VOH值,显然RC不能选得过大。据此便可列出计算RC最大值为

式中,VC是外接电源电压;IOH是每个OC门输出三极管截止时的漏电流;IIH是负载每个输入端的高电平输入电流。

同理,当OC门导通时,输出为低电平。这时外接电阻RC中的电流和每个负载门输入端的低电平电流IIL将流入导通的OC门。考虑最不利的情况,即仅有一个OC门导通时,全部电流都流入这个导通的OC门。因此,外接电阻RC的值又不能选得太小,以确保流入唯一的一个导通OC门得电流不超过最大允许电流IOL(max),输出低电平不高于规定的VOL值。于是,外接电阻RC的最小值为

综上分析,最后选定的外接电阻RC值应介于RC(max)和RC(min)之间。即

集电极开路门的外接电源VC的值可以在不超过V4的击穿电压范围内自由选择。因此,这种结构适合于制作驱动高电压、大电流的门电路。这种门电路称为驱动器。

OC门除了具有线与的功能外,还常用于一些专门场合,如数据传输总线、电平转换及对电感性元件的驱动等。下图给出用其实现电平转换的例子。

5 用OC门实现电平转换

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