對OC門的研究及其應用

聶 華，張 風，盧倩楠，云 朵，廖云芝

（1.陜西職業技術學院 陜西 西安710100；2.長安大學 電子與控制工程學院，陜西 西安 710064）

由于TTL與非門的輸出端不能并聯，不能實現線與，不能進行電平轉換，為了解決這些問題人們研制了OC門，即集電極開路的與非門。但不少讀者都沒有搞清OC門的原理及其優點，影響了OC門應用范圍的擴大。筆者寫本篇論文的目的，是為了用先進的創新的思路和語言給讀者介紹OC門，使讀者實實在在地掌握OC門。

1 指出TTL與非門的缺點

由于TTL與非門采用了推拉式的輸出級，是不能將兩個門的輸出端直接并接的。如圖1所示的連接中，若一個與非門輸出為高電平，另一個與非門輸出為低電平，因為推拉式輸出級當輸出高電平時，輸出阻抗很小，而當輸出低電平時，接近于短路，因而將有一個很大的負載電流流過這兩個輸出級。這個相當大的電流遠遠超過正常工作電流，甚至會損壞門電路。因此這種接法是不允許的。

圖1 兩個TTL與非門并聯Fig.1 Two TTL NAND gate in parallel

在工程實踐中將兩個以上的門的輸出端并聯以實現與邏輯的功能稱為線與，線與可以完成“與或非”的邏輯功能，實現多路信息采集，使兩路以上的信息共用一個傳輸通道（總線）。通過上面的分析可知，TTL與非門電路是不能實現線與的。

在工程實踐中，往往會遇到用各種數字電路以控制機電性系統的功能，如控制電動機的位置和轉速，繼電器的接通與斷開，流體系統中的閥門的開通和關閉，自動生產線中的機械手多參數控制等。這就要求數字電路能提供不同等級的電壓，顯然，僅用TTL與非門電路作為數字電路的輸出級的。是無法滿足這個要求的。

為使TTL門能實現線與的功能，使一個TTL門電路能夠輸出不同的電壓等級以滿足工程實踐的需要，把TTL與非門電路的輸出級改為集電極開路的結構，制成TTL集電極開路門，簡稱OC門。

2 OC門的電路

所謂集電極開路是指從TTL與非門電路的推挽式輸的出級中刪去電壓跟隨器，如2圖所示。 為了實現線與的邏輯功能，可將多個門電路輸出管T3的集電極至電源VCC之間，加一公共的上拉電阻RL，如下圖3所示。其中圖標“”表示集電極開路之意。

圖3 OC門并聯Fig.3 Two OC gate in parallel

圖2 OC門Fig.2 OC gate

這樣，幾個個OC門就可以并聯使用，進行線與。

3 OC門輸出并聯運用時負載電阻RL的選擇

上拉電阻RL的值可以這樣來計算，主要根據3種情況來考慮：OC門必須輸出足夠的VOH；OC門必須驅動一定的灌電流IIL；OC門的開關速度要快一點。

當OC門中的一個TTL門的輸出為低電平，其他為高電平時，灌電流將由一個輸出BJT承擔，這是一種極限情況，此時上拉電阻RL具有限制電流的作用；當OC門中的每一個TTL門的輸出為高電平時，這是另一種一種極限情況，此時上拉電阻不能把VO降低到VOH以下；由于門電路的輸出、輸入電容和接線電容的存在，RL的大小必將影響OC門的開關速度。RL的值愈大，負載電容的充電時間常數亦愈大，因而開關速度愈慢。下面用一個具體示例來說明RL的計算和選擇法則。

如圖4所示，電路由n個OC與非門“線與”驅動有m個輸入端的N個TTL與非門。

圖4 OC門上拉電阻R LFig.4 OC gate pull－up resister R L

用IOH表示OC門輸出管截止但輸出為高電平VOH）時的漏電流（約為50μA）。

用IOH表示OC門輸出管截止，但輸出低電平VOL時的漏電流，可以忽略不計。

用ILM表示OC門輸出低電平VOL時允許最大灌入負載電流（約為20 mA）。

用IiH表示負載門高電平輸入電流（＜50μA）。

用IiL表示負載門低電平輸入電流（＜1.6 mA）。

用Ec表示RL外接電源電壓。

RLmax＝（Ec－VOH）/（nIOH+mIiH）

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

RL值須小于RLmax，否則VOH將下降，RL值須大于RLmin，否則VOL將上升，又RL的大小會影響輸出波形的邊沿時間，在工作速度較高時，RL應盡量選取接近RLmin。

對RLmin的計算公式，大多學者不太理解。疑問為什么不考慮其余（n－1）個IOH。因為其余（n－1）個OC門輸出管截止，截止時未必輸出高電位，還要在它的輸出端加高電壓的條件下，而此種情形，有一個OC門輸出管處于開態，就沒有在它們的輸出端加高電壓，所以它的電壓為VOL，但它的電阻很大，所以流過它的電流IOL可以忽略不計，但在的計算公式中，因為關態的OC門輸出管的輸出端電壓為VOH，通過這些OC門輸出管的電流是IOH，而不是IOL，不以忽略不計。

4 OC門優點

OC門除了可以實現多門的線與，完成“與或非”的邏輯功能，實現多路信息采集，使兩路以上的信息共用一個傳輸通道（總線），還可用于控制不同的電平負載，如控制電動機的位置和轉速，繼電器的接通與斷開，流體系統中的閥門的開通和關閉，自動生產線中的機械手多參數控制等。

5 結束語

1）本論文對OC門問世的背景、原理、用途好、優點，對OC門上拉電阻的計算方法從另一個角度進行了說明介紹，可以使學者真正搞清OC門的原理及其優點，實實在在地掌握OC門。對OC門上拉電阻的計算方法立新說明的正確性經過測試得到證明。

2）本論文的創新點是對OC門上拉電阻的計算方法有立新的說明，總結了OC與門的所有優點，對學者和OC門的使用者有肯定的幫助意義。

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