Открытый коллектор принцип работы

Открытый коллектор — Open collector

Открытый коллектор представляет собой общий тип вывода на многих интегральных схем (ИС) , которые ведет себя как переключатель , который либо подключен к земле или отсоединен. Вместо вывода сигнала с определенным напряжением или током выходной сигнал подается на базу внутреннего NPN-транзистора , коллектор которого выведен наружу (открыт) на вывод IC. Эмиттер транзистора внутренне подключен к контакту заземления. Если устройство вывода представляет собой полевой МОП-транзистор, выход называется открытым стоком, и он работает аналогичным образом. Например, шина I²C основана на этой концепции.

Содержание

• 1 Функция
• 2 Применение устройств с открытым коллектором
• 3 МОП-транзистора
• 4 POD Псевдо открытый сток
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

Функция

На рисунке база транзистора обозначена как «выход IC». Это сигнал от внутренней логики ИС к транзистору. Этот сигнал управляет переключением транзисторов. Внешний выход — коллектор транзистора; транзистор образует интерфейс между внутренней логикой ИС и частями, внешними по отношению к ИС.

В условных обозначениях компонентов схемы открытый выход обозначается этими символами:

• ⎐ для вывода, который выводит low-Z L или hi-Z H (или ⎒ с внутренним подтягивающим резистором )
• ⎏ для вывода, который выводит hi-Z L или low-Z H (или ⎑ с внутренним понижающим резистором)

Выход образует либо разомкнутую цепь, либо соединение с землей. Выход обычно состоит из внешнего подтягивающего резистора , который повышает выходное напряжение при выключении транзистора. Когда транзистор, подключенный к этому резистору, включается, на выходе устанавливается напряжение почти 0 вольт. Выходы с открытым коллектором могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования, ограничения и т.д., но такие приложения здесь не обсуждаются.

С тремя состояниями логического устройства в отличие от открытого устройства коллектора, так как он состоит из транзисторов источника и приемника тока в обоих логических состояний, а также в качестве контроля , чтобы выключить оба транзистора и изолировать выход.

Применение устройств с открытым коллектором

Поскольку подтягивающий резистор является внешним и его не нужно подключать к напряжению питания микросхемы, вместо него можно использовать более низкое или более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы (при условии, что оно не превышает абсолютный максимальный рейтинг выхода микросхемы). . Поэтому схемы с открытым коллектором иногда используются для сопряжения различных семейств устройств с разными уровнями рабочего напряжения. Транзистор с открытым коллектором может быть рассчитан на то, чтобы выдерживать более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы. Этот метод обычно используется логическими схемами, работающими от 5 В или ниже, для управления устройствами, такими как двигатели, реле 12 В , вакуумные люминесцентные дисплеи 50 В или лампы Nixie, требующие более 100 В.

Еще одно преимущество состоит в том, что к одной линии можно подключить более одного выхода с открытым коллектором. Если все выходы, подключенные к линии, находятся в состоянии высокого импеданса, подтягивающий резистор будет удерживать провод в состоянии высокого напряжения (логическая 1). Если один или несколько выходов устройства находятся в состоянии логического 0 (земля), они потребляют ток и подтягивают линейное напряжение к земле. Это проводное логическое соединение имеет несколько применений. Устройства с открытым коллектором обычно используются для подключения нескольких устройств к одному сигналу запроса прерывания или к общей шине, такой как I²C . Это позволяет одному устройству управлять шиной без помех от других неактивных устройств. Если бы устройства с открытым коллектором не использовались, то выходы неактивных устройств пытались бы поддерживать высокое напряжение на шине, что приводило бы к непредсказуемому выходу.

Связывая выход нескольких открытых коллекторов вместе, общая линия становится логическим элементом «соединенное И» (положительная-истинная логика) или «проводное ИЛИ» (отрицательная-истинная логика). «Проводное И» ведет себя как логическое И двух (или более) вентилей в том смысле, что это будет логическая 1, когда (все) находятся в состоянии высокого импеданса, и 0 в противном случае. «Проводное ИЛИ» ведет себя как логическое ИЛИ для логики «отрицательная-истина», где на выходе низкий уровень, если на любом из его входов низкий уровень.

Устройства SCSI -1 используют открытый коллектор для электрической сигнализации. SCSI-2 и SCSI-3 могут использовать EIA-485 .

Одной из проблем устройств с открытым коллектором является энергопотребление, поскольку подтягивающий резистор рассеивает мощность всякий раз, когда выходной сигнал понижается, и чем выше желаемая рабочая скорость, тем меньшее значение резистора (т. Е. Более сильное подтягивание) должно быть, в результате повышенный расход. Даже в выключенном состоянии они часто имеют ток утечки в несколько наноампер (точное значение зависит от температуры).

МОП-транзистор

Аналогичное соединение, используемое с МОП-транзисторами, представляет собой соединение с открытым стоком. Выходы с открытым стоком могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования и ограничения, а также для цифровой логики. Клемма открытого стока соединяется с землей, когда на затвор подается высокое напряжение (логическая 1), но имеет высокий импеданс, когда на затвор подается низкое напряжение (логический 0). Это состояние с высоким импедансом возникает из-за того, что клемма находится под неопределенным напряжением (плавающее), поэтому для такого устройства требуется внешний подтягивающий резистор, подключенный к шине положительного напряжения (логическая 1), чтобы обеспечить логическую 1 в качестве выхода.

Микроэлектронные устройства, использующие сигналы с открытым стоком (например, микроконтроллеры), могут обеспечивать слабый (высокоомный) внутренний подтягивающий резистор для подключения рассматриваемого терминала к положительному источнику питания устройства. Такие слабые подтяжки, часто порядка 100 кОм, снижают энергопотребление, удерживая входные сигналы от плавающих сигналов, и могут избежать необходимости во внешнем подтягивающем компоненте. Внешние подтяжки более сильные (меньшее сопротивление, возможно, 3 кОм), чтобы уменьшить время нарастания сигнала (как с I²C ) или минимизировать шум (как на входах системного сброса ). Внутренние подтягивания обычно можно отключить, если они не нужны.

POD Псевдо открытый сток

В псевдо открытом стоке ( POD водителей) имеют сильную ниспадающую силу , но слабее силы подтягивающих. Для сравнения, чистый драйвер с открытым стоком не имеет силы подтягивания, за исключением тока утечки: все подтягивающее действие осуществляется на внешнем согласующем резисторе. Вот почему здесь должен использоваться термин «псевдо»: на стороне драйвера наблюдается некоторое подтягивание, когда выходной сигнал находится в высоком состоянии, оставшаяся сила подтягивания обеспечивается за счет параллельного подключения приемника на дальнем конце к ВЫСОКОЕ напряжение, часто с использованием переключаемого терминатора на кристалле вместо отдельного резистора. Цель всего этого — снизить общую потребность в мощности по сравнению с использованием как сильного подтягивания, так и сильного понижения, как в драйверах, таких как HSTL. В памяти DDR4 используются драйверы POD12, но с одинаковой мощностью драйвера (34 Ом / 48 Ом) для понижения (R _onPd ) и повышения (R _onPu ). Термин POD в DDR4 относится только к типу завершения, который является только параллельным подтягиванием без завершения на дальнем конце. Контрольная точка (V _REF ) для входа — это не половинное питание, как в DDR3, и может быть выше.

JEDEC стандартизировал POD15, POD125, POD135 и POD12 для напряжений питания интерфейса 1,5 В, 1,35 В и 1,2 В. В конце 2011 года было опубликовано сравнение схем завершения DDR3 и DDR4 с точки зрения перекоса, апертуры глаза и энергопотребления.

Инсталляция, монтаж » Выход «сухие» контакты и выход открытый коллектор

Добрый день.
что это такое выход «сухие» контакты (передача извещения на ПЦН размыканием контактов реле тип «сухие» контакты) и выход ОК ( открытый коллектор).
В приемно контрольных приборах встречаются эти выходы. Как их использовать ? Чем отличаются?
Как по мне на выходе либо есть потенциал либо его нет. А прошивка по заданной логике вкл или откл выход (или переключает). Спасибо!

1 год 3 месяца назад

– Докукин Игорь 1 год 3 месяца назад

– Иванов Андрей Львович 1 год 3 месяца назад

2 ответа

Открытый коллектор подаёт напряжение питания. А это сколько напряжение питания ? То есть сколько прибор принимает на входе то будет и на выходе?

1 год 3 месяца назад

– Докукин Игорь 1 год 3 месяца назад

– Иванов Андрей Львович 1 год 3 месяца назад

– Докукин Игорь 1 год 3 месяца назад

– Леготин В В 1 год 3 месяца назад

– Докукин Игорь 1 год 3 месяца назад

– Андрей, Ростов на Дону 1 год 3 месяца назад

ок, спасибо. Но тогда зачем и с какой целью производитель приборов на одной и той же плате контроллера делает как один тип выхода так и второй ? И для оповещения лампа сирена что использовать или без разницы ? в каких случаях надо использовать одно и не использовать в других случаях , так же и со втором типом когда можно а когда нельзя.
с логической точки зрения эти два типа выходов не одно и тоже ? там замыкается реле от катушки , а там приходит потенциал на базу и открывается транзистор . еще раз спапсибо!

1 год 3 месяца назад

– Докукин Игорь 1 год 3 месяца назад

– Волков Андрей 1 год 3 месяца назад

– Андрей, Ростов на Дону 1 год 3 месяца назад

– Иванов Андрей Львович 1 год 3 месяца назад

Добавить ответ

После подтверждения номера мобильного телефона у вас появится возможность добавлять сообщения на форуме.

Мы надеемся, что данная «форма допуска» сведет к минимуму флуд, флейм и троллинг на форуме, а также повысит ответственность пользователей за их сообщения.

Ваш номер телефона будет доступен только администраторам сайта.

Спасибо за понимание.

ПОКАЗАН

ЗАДАН

1 год 3 месяца назад

ПРОДУКТЫ

По каждому вопросу/ответу можно добавлять комментарии. Комментарии предназначены для уточнения вопроса/ответа.

Транзисторы: схема, принцип работы,​ чем отличаются биполярные и полевые

Транзистор — повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.

Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:

Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы (BJT, Bipolar Junction Transistors) имеют три контакта:

Основной характеристикой биполярного транзистора является показатель h_fe также известный, как gain. Он отражает во сколько раз больший ток по участку коллектор–эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база–эмиттер.

Например, если h_fe = 100, и через базу проходит 0.1 мА, то транзистор пропустит через себя как максимум 10 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только максимальные 10 мА.

Также в документации к каждому транзистору указаны максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин ведёт к избыточному нагреву и сокращению службы, а сильное превышение может привести к разрушению.

NPN и PNP

Описанный выше транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).

NPN более эффективны и распространены в промышленности.

PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток не блокируется, когда база заземлена и блокируется, когда через неё идёт ток.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

Полевые транзисторы обладают тремя контактами:

N-Channel и P-Channel

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля. Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

здесь U_d — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.

Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора h_fe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА

Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм — хороший выбор.

Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

Открытый коллектор принцип работы

К «открытому» коллектору можно подключать внешнюю нагрузку с питанием её от внешнего источника питания, которое может быть больше используемого для схемы управления этого транзистора или микросхемы.
Так сами микросхемы имеют напряжение питания 3,3..5 вольт, а к открытому коллектору можно подключить реле на +24 В.
Выходы с открытым коллектором как правило имеют большую нагрузочную способность.
К обычным выходам можно подключить внешний мощный транзистор и тогда получится схема с Открытым коллектором.

Сообщений: 302
Откуда: Россия
Регистрация: Ноябрь 2004

Просто «общий плюс» снаружи как-то не прижился.

Сообщений: 1
Откуда: rus
Регистрация: Август 2008

купил девайс для машины который ограничивает обороты двигателя, для этого используется обрезание зажигания на определенных оборотах двигателя, в приложении к нему написано что в выводы пинов зажигания на компе должны иметь «OPEN COLLECTOR» ignition type, подскажите кто-нить как проверить являются ли у меня выводы пинов зажигания открытым коллектором?

Сообщений: 116
Откуда: Russia
Регистрация: Январь 2007

цитата: Просто «общий плюс» снаружи как-то не прижился.

а схемы с открытым коллектором исключение. В крайнем случае ставят полевые транзисторы.

——————————-
Молодой человек: Дохтор, Срочно проведите мне кастрацию .
Доктор: Молодой человек Вы уверены ?
Молодой человек: Да, Вопрос жизни и смерти .
.
После операции
Доктор: Молодой человек для чего это всё таки надо было ?
Молодой человек: У моей невесты родители очень религиозные евреи потребовали, чтобы у меня было обрезание.

sync — ты ошибся форумом. Боюсь, что после наших советов и комп и движок могут оказаться кастрированными .

Сообщений: 2
Откуда: rus
Регистрация: Август 2008

Сообщений: 304
Откуда: Россия
Регистрация: Ноябрь 2004

Теоретически — отключить выходы от нагрузки и посмотреть, что будет на них появляться относительно земли.
Вот только как удостовериться, что контроллер не будет все вырубать, не обнаружив должного отклика от датчиков ?

В чистом открытом коллекторе без подтяжки там будет ровно таки ноль. В случае с подтяжкой там будет появляться
«плюс», но это легко обнаружить замеряя амплитуду втекающего и вытекающего токов (задавая этот самый ток). Важно дать ток,
приближающийся к максимальному (тока бы не спалить — небось максимальный ток неизвестен).
Примерно то же, но с точностью до инверсии к напряжению питания будет в случае с ОЭ.

В случае pushpull размах токов и напряжений от нагрузки почти не зависит.

Открытый коллектор

Открытый коллектор и светодиод
Есть у меня 7-сегментный светодиодный индикатор и схема с открытым коллектром (ОК), например.

подскажите транзистор который нормально открытый
необходим транзистор который в начальном состоянии нормально открыт. гугл что-то не отвечает (

Гарбедж коллектор
Всем привет! такой код: public class Solution < private String source, sol; public.

Коллектор трафика сети
Имеется офис до 30 компьютеров и сетевых устройств. Была попытка вторжения в систему. Хочу.

На входе контроллера напряжение 12В. А релюшками контроллер щелкает сам.

А вообще (по вашему вопросу), если ток через катушку реле не превышает макс. ток ОК, то резистор от точки соединения модулей к питанию можно и не ставить, питание ОК пойдет через реле. Но, если конечно речь идет не о микросхеме типа ULN, я бы поставил еще и дискретный транзистор. Если что- менять проще. Да и дешевле. Ну, и про диод не забыть.

Т.е. коллектор открыт — значит на входе контроллера +12. А не наоборот.

По-моему можно просто поставить p-канальный полевичок затвор которого будет подтянут к плюсу через резистор и подключен к коллектору, а сток подключен к контроллеру. Исток к +12 ессно.

Т.е. коллектор открыт — значит на входе контроллера +12. А не наоборот.

По-моему можно просто поставить p-канальный полевичок затвор которого будет подтянут к плюсу через резистор и подключен к коллектору, а сток подключен к контроллеру. Исток к +12 ессно.
Согласен. Недосмотрел. Второй транзистор нужен. Можно сделать и так:
Схема

Да, конечно ошибка. На той схеме смотрел инверсию относительно базы Q1.

Еще открытый коллектор бывает таким:

Чтоб не упасть в такой, надо подтянуть себя веревкой к чему-нибудь =)

Заказываю контрольные, курсовые, дипломные и любые другие студенческие работы здесь.

Прокладка на коллектор двигателя Москвич 408
Приветствую Вас многоуважаемые форумчане. Начал капиталить одну из самых раритетных авто.

Кей коллектор парсинг. если сайт заблокирован
Юзаются прокси? и за них тоже надо платить? а то смотрю. кей коллектор купи. анти капчу купи. а.

Солнечный коллектор + тепловой насос для отопления
По сути, детский вопрос. Если задействовать солнечный коллектор и тепловой насос последовательно.

Открытый порт
Почему uTorrent пишет, что мой порт открыт для входящих соединений, хотя я нахожусь за двумя NAT.

Открытый коллектор принцип работы

_________________
[ Всё дело не столько в вашей глупости, сколько в моей гениальности ] [ Правильно заданный вопрос содержит в себе половину ответа ]
Могу не отвечать пару месяцев, не беспокойтесь.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/quote

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

_________________
[ Всё дело не столько в вашей глупости, сколько в моей гениальности ] [ Правильно заданный вопрос содержит в себе половину ответа ]
Могу не отвечать пару месяцев, не беспокойтесь.

Приглашаем на вебинар, посвященный экосистеме безопасности и возможностях, которые появились у разработчиков благодаря новой технологии TrustZone в микроконтроллерах STM32L5. Программа рассчитана на технических специалистов и тех, кто уже знаком с основами защиты ПО в STM32.

650 В карбид-кремниевые (SiC) MOSFET компании Wolfspeed имеют самый низкий в отрасли показатель сопротивления открытого канала и наименьшую его зависимость от температуры, что дает им преимущество не только перед обычными кремниевыми (Si) 650 В MOSFET, но и перед нитрид-галлиевыми транзисторами.

_________________
[ Всё дело не столько в вашей глупости, сколько в моей гениальности ] [ Правильно заданный вопрос содержит в себе половину ответа ]
Могу не отвечать пару месяцев, не беспокойтесь.

_________________

И ты врёшь. © Vladisman

ПРИСТ расширяет ассортимент

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 14

Логические элементы с открытым коллектором

Дата добавления: 2014-11-27 ; просмотров: 10267 ; Нарушение авторских прав

Логические элементы с открытым коллектором (ЛЭ с ОК) имеют на выходе транзистор, у которого в корпусе микросхемы (МС) отсутствует нагрузка в цепи коллектора. При использовании данного ЛЭ для реализации логической функции к выходу необходимо подключить внешний нагрузочный резистор (рис. 8.1.1). Напряжение U_CC должно соответствовать напряжению питания микросхемы. Некоторые МС с открытым коллектором, разработанные для преобразователей уровней напряжения, допускают подключение напряжения U_CC более напряжения питания МС. Открытый коллектор в МС позволяет разработчику СУ использовать данный элемент для реализации специальных функций. Некоторые из них рассмотрены ниже.

На рис. 8.2 приведена схема управления светодиодом VD. Управление осуществляется током нуля I = I_VD = I_Rn логического элемента, который обычно на порядок больше тока «1» и составляет от нескольких десятков до сотни мА. Резистор R_n в схеме необходим для ограничения тока до значения I_VD, определяемого вольтамперной характеристикой светодиода.

Рассмотрим пример управления светодиодом АЛ307А от МС КР1533ЛН2. Для этого необходимо рассчитать нагрузочный резистор Rn (рис. 8.1.2). Исходные данные для расчёта: I_VD = 10 мА, UCC = 5 В.

Расчёт ведётся в следующей последовательности:

— по вольтамперной характеристике светодиода (рис. 8.1.3) [10], находится падение напряжения U_VD при заданном значении тока (U_VD = 2 B);

— по справочным данным МС [9] U0 = 0,4 B;

— падение напряжения на Rn определяется выражением

— сопротивление Rn по закону Ома равно

Rn = U_Rn / I_VD = 2,6 / 0,01 = 260 Ом;

— по стандартному ряду [12] выбирается ближайший резистор Rn =260 Ом ;

— определяется мощность резистора

— по результатам расчёта выбирается нагрузочный резистор Rn

МЛТ 0,063 Вт – 260 Ом ± 10%.

Аналогично осуществляется управление слаботочными реле (рис. 8.1.4). Расчёт нагрузочного резистора ведётся исходя из значения тока срабатывания реле. Если рабочее напряжение реле U_K=U_CC, то нагрузочный резистор не устанавливается. Для защиты МС от ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке реле при выключении питания, необходимо параллельно реле устанавливать шунтирующий диод VD.

Во всех схемах подключения внешних нагрузок к логическим элементам с открытым коллектором необходимо чтобы ток, протекающий через нагрузку был меньше тока I МС.

В схеме «Монтажное И» выходы МС объединяются и подключаются через нагрузочный резистор R_n к источнику питания U_CC (рис. 8.1.6). Наличие хотя бы одного сигнала низкого уровня на входе приводит к формированию низкого уровня на выходе. Данная схема в СУ может использоваться для формирования внутри МСО сигналов: /ОТВ (ОТВЕТ), /ЗПР4 (ЗАПРОС ПРЕРЫВАНИЯ), /ЗМ (ЗАПРОС МАГИСТРАЛИ), /ПЗ (ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАПРОСА) в интерфейсе МПИ; /ХАСК (ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ), /INT7-/INT0 (ЗАПРОСЫ ПРЕРЫВАНИЯ) и т.д. Аналогично по схеме «Монтажное И» объединяются выходы указанных выше сигналов на магистральных линиях соответствующих интерфейсов (рис. 8.6). На концах магистральных линий интерфейсов присутствуют делители R₁ и R₂, формирующие при отсутствии сигналов с МСО высокий уровень (логический «0»).

При формировании сигнала /ОТВ а также в некоторых других случаях возникает необходимость организовать задержку прохождения сигнала. Задержка может быть сформирована с использованием RC-цепочки, МС таймеров либо логическими элементами. Недостатком RC-цепочки является её зависимость от внешних условий. МС таймеров используются при организации больших задержек. Если в проектируемом МСО остаются свободные элементы их можно использовать для организации небольших задержек. При этом может быть сформирована задержка с высокой временной стабильностью.

Рассмотрим пример формирования сигнала /ОТВ в интерфейсе МПИ с необходимой задержкой. При этом необходимо учитывать следующее: сигналы интерфейса МПИ имеют низкий активный уровень; последняя МС, используемая для формирования сигнала /ОТВ должна быть с открытым коллектором.

Задержка в примере реализуется на МС КР1533ЛА3, КР1533ЛИ1, КР1533ЛН2. Схема формирования сигнала /ОТВ (U_ВЫХ) с необходимой задержкой представлена на рис. 8.1.7.

Рис. 8.1.7. Пример схемы формирования сигнала /ОТВ

В соответствии с логическими функциями МС временные диаграммы входного и выходного сигналов имеют вид, показанный на рис. 8.1.8.

Рассчитаем задержки сигнала U_ВЫХ при установке сигнала U_ВХ и его снятии:

;

.

Открытый коллектор принцип работы

Вентили ТТЛ и КМОП, которые мы сейчас рассматриваем, имеют двухтактные выходные схемы: высокий или низкий уровень подается на выход через открытый биполярный или МОП-транзистор. Такую схему, называемую активной нагрузкой, а в ТТЛ называемую также столбовым выходом, используют почти все логические элементы. Схема обеспечивает низкое выходное сопротивление в обоих состояниях, имеет малое время переключения и обладает более высокой помехоустойчивостью по сравнению с одиночным транзистором, который использует пассивный резистор в качестве коллекторной нагрузки. В случае КМОП применение активного выхода, кроме всего прочего, позволяет понизить рассеиваемую мощность.

Но существуют ситуации, при которых активный выход оказывается неудобным. Представим себе компьютерную систему, в которой несколько функциональных блоков должны обмениваться данными. Центральный процессор (ЦП), память и различные периферийные устройства должны иметь возможность передавать и получать -разрядные слова. И, мягко говоря, было бы неудобно использовать для соединения каждого устройства с каждым индивидуальный -жильный кабель. Для разрешения этой проблемы используется так называемая шина (или магистраль) данных, т. е. один -жильный кабель, доступный для всех устройств. Такая структура аналогична телефонному каналу коллективного пользования: в каждый момент времени «говорить» («передавать данные») может только одно устройство, а остальные могут только «слушать» («принимать данные»).

Если используется шинная система, то необходимо иметь соглашение о том, кому разрешено «говорить».

В связи с этим употребляются такие термины, как «арбитр шины», «задатчик шины» и «управление шиной».

Для возбуждения шины нельзя использовать вентили (или другие схемы) с активным выходом, так как их нельзя отключить от общих информационных линий (в любой момент времени выходы устройств, подключенные к шине, будут находиться в состоянии высокого или низкого уровня). В этом случае необходим вентиль, выход которого может находиться в «обрыве», т. е. быть отключенным. Такие устройства выпускаются промышленностью и имеют две разновидности, которые носят названия «элементы с тремя состояниями» и «элементы с открытым коллектором».

Рис. 8.19. КМОП-вентиль И-НЕ состоянием: а — поясняющая схема; б — реализация с использованием внутренних КМОП-вентилей.

Логические схемы с тремя состояниями.

ИМС: счетчиках, защелках, регистрах и т.п., а также в вентилях и инверторах.

Устройство с выходом на 3 состояния функционирует подобно обычной логике с активным выходом, когда подан сигнал разрешения, при этом на выходе существует либо высокий, либо низкий уровень. Когда на входе разрешения пассивный уровень, схема отключает свой выход, так что другие устройства могут работать на ту же самую линию. Давайте рассмотрим это на примере.

Взгляд вперед: шины данных.

Рис. 8.20. Шина данных.

Заметим, что должна быть некоторая внешняя логика, которая обеспечивала надежность того, что устройства с тремя состояниями, подключенные к одним и тем же выходным линиям, не будут пытаться передавать в одно и то же время (что равносильно условию, официально называемому «соглашение шины»). В этом случае все хорошо, когда каждому устройству соответствует свой адрес.

Рис. 8.21. Маломощный ТТЛШ-вентиль с открытым коллектором.

Логика с открытым коллектором.

Рис. 8.23. Монтажное ИЛИ.

Заметим, что данные на шине при этом включении будут инвертированы. Каждую линию шины необходимо через нагрузочный резистор подключить к . К недостаткам логики с открытым коллектором следует отнести пониженные быстродействие и помехоустойчивость по сравнению с обычными схемами, использующими активную нагрузку. Вот почему драйверы с тремя состояниями являются основными для реализации шин в компьютерах. Однако существуют три ситуации, в которых вы должны использовать устройство с открытым коллектором: управление внешними нагрузками, «проводное ИЛИ» и внешние шины. Давайте рассмотрим их внимательно.

Управление внешней нагрузкой.

Проводное ИЛИ.

Проводное ИЛИ пользовалось скоротечной популярностью в ранние дни цифровой электроники, но и сегодня оно используется довольно редко за двумя исключениями: а) в логических семействах, известных как ЭСЛ (эмиттерсвязанная логика, выходы у которой можно назвать «открытый ), элементы могут безболезненно объединяться по проводному ИЛИ и б) существуют несколько частных линий в компьютерных шинах (наиболее значительная линия называется прерывание), функциями которых являются не передача информационных бит, а просто индикация того, что хотя бы одно устройство требует внимания.

В этом случае вы используете проводное ИЛИ, поскольку оно дает то, что вы хотите, и не требуется дополнительной внешней логики для предотвращения споров.

Внешние шины. В приложениях, где скорость не очень важна, вы иногда видите драйверы с открытым коллектором, используемые для возбуждения шин. Наиболее частый случай для шин — это выдача данных из компьютеров. Общими примерами являются шины, используемые для связи компьютера с дисководом, и инструментальная шина IEEE-488 (также называемая или ). Подробнее об этом в гл. 10 и 11.