集电极开路电路图讲解 集电极开路电路的工作原理、应用场景及优缺点

何为集电极开路电路？

集电极开路就像是一个开关，其一端连接电源或接地。集电极开路电路常用在集成电路的输出，其输出可以根据使用的晶体管类型（NPN型或PNP型）为外围提供灌电流和拉电流能力。

由于NPN和PNP三极管的特性，我们只需控制三极管基极就可以令集电极和发射极导通，用NPN三极管可以做成具有灌电流能力的集电极开路电路，PNP三极管可以做成具有拉电流能力的集电极开路电路。图中为两种输出类型的电路结构。

对于使用NPN三极管组成的具有灌电流能力的集电极开路电路，利用三极管的特性，当三极管导通时，三极管的集电极会呈现出连接到地的状态，此时外部的电流可以流经三极管到地。当三极管关断时，三极管的集电极呈现高阻态，此时电流不能流经此处，在集电极上电压等于外部电压。当三极管基极IBE=2mA时，若三极管的放大倍数为50倍时，流经集电极的最大电流为ICE=50*IBE=100mA。意味着外部向集电极电路中灌入的电流能达到100mA。

对于使用PNP三极管组成的具有拉电流能力的集电极开路电路，利用三极管的特性，我们可以改变基极电流IEB的电流大小来控制集电极开路电路的输出能力，由于此时的基极电压只要和输出电压存在0.7V压差，就会导致三极管无法关断，通常对于基极需要增加一个驱动电路。而NPN三极管组成的具有灌电流能力的集电极开路电路就是一个很好的驱动电路，将灌电流集电极开路电路的输出与拉电流集电极开路电路的输入连接，就能保证PNP三极管能够完全关断，其电路如下图所示。

当PNP三极管导通时，PNP三极管的发射极会呈现出连接到电源的状态，此时外部的电流可以流经PNP三极管到外部负载。当PNP三极管呈现关断状态时，其集电极呈现出浮空状态，一般需要增加下拉电阻来保持输出的低电平状态。

集电极开路电路的应用场景

推挽电路：在集成电路中常见的推挽输出就是由拉电流集电极开路电路和灌电流集电极开路电路短接输出组成的，这个电路可以输出输入很大的电流，无需外部器件就能保持输出的电平稳定。这个电路还常用于图腾柱驱动。

逻辑门电路：集电极开路电路本身就是一个非门电路，通过将多个非门组合就能组成与或门电路。

电机驱动：集电极开路电路由于其很高的电流放大能力，可以用于一些电机的驱动电路。

电压比较器输出：对于电压比较器为了保证输出的状态稳定，通常在运放的输出后加集电极开路电路来作为输出。

集电极开路电路的优缺点

1.优点

（1）集电极开路电路很容易与其他数字设备连接。

（2）集电极开路电路可用于在多个输出之间创建线或连接。

（3）集电极开路输出可以吸收比标准输出更多的电流，使其成为驱动 LED 和其他低电流设备的理想选择。

（4）集电极开路设计也不会像其他数字设计那样受到串扰或噪声的影响。

2.缺点

（1）集电极开路电路的开关逻辑速度相对较慢。

（2）NPN型集电极开路电路只能用作灌电流，要保持输出为高电平需要在外部增加上拉电阻，PNP型集电极开路电路只能用作拉电流，要保持输出为低电平需要在外部增加下拉电阻。

　　审核编辑：汤梓红