Схема с открытым коллектором (ОК)

В составе ТТЛ представляет схема ОК и ее условное обозначение показано на рис 4.1.

Входы Выход Y X1 X2 Z 1* Z 1* Z 1*

Рис 4.1. Схема с открытым коллектором ОК и общим стоком ОС и ее таблица состояния

В схеме ОК вместо сложного выходного каскада включен транзистор VT3, коллекторная нагрузка которого внешняя. В КМОП логике также имеются подобные логические элементы с открытым стоком (ОС). Например, К564ЛА10 содержит два подобных ЛЭ в одном корпусе. В этом случае она называется схемой с открытым стоком ОС. Таблица состояния приведена на этом же рисунке. Состояние выхода Y=1* означает, что на выходе будет высокий уровень при наличии внешнего резистора Rн, подключенного между выходом Y и источником питания. Если резистора нет, то состояние выхода Y не определено. Когда на одном из входов низкий уровень, ключевой транзистор заперт, и источник сигнала отключен от шины. Выход ЛЭ переходит в высокоимпедансное состояние (в дополнение к двум логическим состояниям нуль и единица этот режим называют третьим Z-состоянием).

Подобные схемы позволяют включать параллельно выходы нескольких ОК к общей нагрузке, как показано на рис 4.2. На общем выходе Y (резистор R – нагрузка – подключен к источнику питания) реализуется логическая функция, называемая в разных источниках «Проводное ИЛИ» или «Монтажное ИЛИ». Функциональным символом схемы ОК или ОС является на поле ЛЭ ромбик с черточкой внизу.

Рис 4.2. Объединение выходов ЛЭ с ОК для реализации функции ИЛИ-НЕ

При подаче на входы D сигнала данных, на общей шине (Y) появится инверсный сигнал с того ЛЭ, на адресный вход А которого подана логическая единица. Такая схема выполняет функцию И-ИЛИ-НЕ, причем операцию И выполняет активный ЛЭ, а объединение открытых коллекторов – операцию ИЛИ-НЕ.

Быстродействие схемы с ОК зависит от скорости перезарядки емкости шины через резистор нагрузки, обычно невысокое. Поэтому шина на ИС с открытым коллектором (стоком) используется в устройствах, где быстродействие не является определяющим фактором, а на первом плане экономические показатели. В ПК и микропроцессорах такой способ используется для организации линии запроса прерываний.

Еще одна большая область использования схем с ОК – управление внешней нагрузкой; реле, светодиоды, электродвигатели, нагреватели, у которых напряжение питания может отличаться от напряжения источника питания ИС как в большую сторону, так и в меньшую, все зависит от параметров выходного транзистора. В составе серий ИС, помимо простых логических элементов с открытым коллектором, каскады с ОК являются выходными каскадами функциональных ИС управления цифровыми индикаторами, электродвигателями.