对OC门的研究及其应用

聂 华，张 风，卢倩楠，云 朵，廖云芝

（1.陕西职业技术学院 陕西 西安710100；2.长安大学 电子与控制工程学院，陕西 西安 710064）

由于TTL与非门的输出端不能并联，不能实现线与，不能进行电平转换，为了解决这些问题人们研制了OC门，即集电极开路的与非门。但不少读者都没有搞清OC门的原理及其优点，影响了OC门应用范围的扩大。笔者写本篇论文的目的，是为了用先进的创新的思路和语言给读者介绍OC门，使读者实实在在地掌握OC门。

1 指出TTL与非门的缺点

由于TTL与非门采用了推拉式的输出级，是不能将两个门的输出端直接并接的。如图1所示的连接中，若一个与非门输出为高电平，另一个与非门输出为低电平，因为推拉式输出级当输出高电平时，输出阻抗很小，而当输出低电平时，接近于短路，因而将有一个很大的负载电流流过这两个输出级。这个相当大的电流远远超过正常工作电流，甚至会损坏门电路。因此这种接法是不允许的。

图1 两个TTL与非门并联Fig.1 Two TTL NAND gate in parallel

在工程实践中将两个以上的门的输出端并联以实现与逻辑的功能称为线与，线与可以完成“与或非”的逻辑功能，实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线）。通过上面的分析可知，TTL与非门电路是不能实现线与的。

在工程实践中，往往会遇到用各种数字电路以控制机电性系统的功能，如控制电动机的位置和转速，继电器的接通与断开，流体系统中的阀门的开通和关闭，自动生产线中的机械手多参数控制等。这就要求数字电路能提供不同等级的电压，显然，仅用TTL与非门电路作为数字电路的输出级的。是无法满足这个要求的。

为使TTL门能实现线与的功能，使一个TTL门电路能够输出不同的电压等级以满足工程实践的需要，把TTL与非门电路的输出级改为集电极开路的结构，制成TTL集电极开路门，简称OC门。

2 OC门的电路

所谓集电极开路是指从TTL与非门电路的推挽式输的出级中删去电压跟随器，如2图所示。 为了实现线与的逻辑功能，可将多个门电路输出管T3的集电极至电源VCC之间，加一公共的上拉电阻RL，如下图3所示。其中图标“”表示集电极开路之意。

图3 OC门并联Fig.3 Two OC gate in parallel

图2 OC门Fig.2 OC gate

这样，几个个OC门就可以并联使用，进行线与。

3 OC门输出并联运用时负载电阻RL的选择

上拉电阻RL的值可以这样来计算，主要根据3种情况来考虑：OC门必须输出足够的VOH；OC门必须驱动一定的灌电流IIL；OC门的开关速度要快一点。

当OC门中的一个TTL门的输出为低电平，其他为高电平时，灌电流将由一个输出BJT承担，这是一种极限情况，此时上拉电阻RL具有限制电流的作用；当OC门中的每一个TTL门的输出为高电平时，这是另一种一种极限情况，此时上拉电阻不能把VO降低到VOH以下；由于门电路的输出、输入电容和接线电容的存在，RL的大小必将影响OC门的开关速度。RL的值愈大，负载电容的充电时间常数亦愈大，因而开关速度愈慢。下面用一个具体示例来说明RL的计算和选择法则。

如图4所示，电路由n个OC与非门“线与”驱动有m个输入端的N个TTL与非门。

图4 OC门上拉电阻R LFig.4 OC gate pull－up resister R L

用IOH表示OC门输出管截止但输出为高电平VOH）时的漏电流（约为50μA）。

用IOH表示OC门输出管截止，但输出低电平VOL时的漏电流，可以忽略不计。

用ILM表示OC门输出低电平VOL时允许最大灌入负载电流（约为20 mA）。

用IiH表示负载门高电平输入电流（＜50μA）。

用IiL表示负载门低电平输入电流（＜1.6 mA）。

用Ec表示RL外接电源电压。

RLmax＝（Ec－VOH）/（nIOH+mIiH）

RLmin＝（Ec－VOL）/[（n－1）IOH+ILM+mIiH]≈（Ec－VOL）（ILM+mIiH）

RL值须小于RLmax，否则VOH将下降，RL值须大于RLmin，否则VOL将上升，又RL的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时，RL应尽量选取接近RLmin。

对RLmin的计算公式，大多学者不太理解。疑问为什么不考虑其余（n－1）个IOH。因为其余（n－1）个OC门输出管截止，截止时未必输出高电位，还要在它的输出端加高电压的条件下，而此种情形，有一个OC门输出管处于开态，就没有在它们的输出端加高电压，所以它的电压为VOL，但它的电阻很大，所以流过它的电流IOL可以忽略不计，但在的计算公式中，因为关态的OC门输出管的输出端电压为VOH，通过这些OC门输出管的电流是IOH，而不是IOL，不以忽略不计。

4 OC门优点

OC门除了可以实现多门的线与，完成“与或非”的逻辑功能，实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线），还可用于控制不同的电平负载，如控制电动机的位置和转速，继电器的接通与断开，流体系统中的阀门的开通和关闭，自动生产线中的机械手多参数控制等。

5 结束语

1）本论文对OC门问世的背景、原理、用途好、优点，对OC门上拉电阻的计算方法从另一个角度进行了说明介绍，可以使学者真正搞清OC门的原理及其优点，实实在在地掌握OC门。对OC门上拉电阻的计算方法立新说明的正确性经过测试得到证明。

2）本论文的创新点是对OC门上拉电阻的计算方法有立新的说明，总结了OC与门的所有优点，对学者和OC门的使用者有肯定的帮助意义。

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