OC和OD门上拉电阻阻值的计算技巧

第 20 卷第 2 期 唐山学院学报 Vol. 20 No. 2 2007 年 03 月 Journal of Tangshan College Mar. 2007 　　　收稿日期 :2006210215 　　　作者简介 :梁廷贵 (1951 - ) ,男 ,教授 ,从事电子技术教学与应用研究。 OC和 OD 门上拉电阻阻值的计算技巧 梁廷贵 ,杨金泉 (唐山学院 信息系 ,河北 唐山 063000) 摘要 :OC 和 OD 门电路 ,在使用中门电路的输出端与外接电源 V CC′之间串接上拉电阻。多个 OC 或 OD 门输出端可以并联 ,共用一个上拉电阻。上拉电阻阻值的计算是面向 21 世纪教材引入的实 际问题。文章讨论计算电阻阻值选择范围的技巧。掌握选择技巧 ,可以解决任何类似复杂电路的 问题。 关键词 : T TL 门电路 ;CMOS 门电路 ;上拉电阻 ;阻值计算 中图分类号 : TN702 　文献标识码 :A 　文章编号 :16722349X(2007) 0220033202 The Method for Computing the Pull2up Resistor for OC and OD Gate Circuit LIANG Ting2gui ,YANG Jin2quan (Department of Information Engineering Tangshan College , Tangshan 063000 , China) Abstract :When we use OC and OD gate circuit , a p ull2up resistor is needed between t he outp ut of gate circuit and t he external elect rical source Vcc’. Outp ut s of several OC and OD gate circuit s can be connected in parallel and only one p ull2up resistor is needed. Comp uting t he p ull2up resistor value is a p ractical p roblem in Teaching Material Series. The paper discusses t he method for com2 p uting the resistor value and with t his method we can solve any similar complex circuit p robems. Key Words : T TL gate circuit ; CMOS gate circuit ; p ull2up resistor ; comp uting t he resistor value 　　OC 和 OD 门上拉电阻阻值的计算 ,是面向 21 世纪教材 教学的一个难点。许多人难以掌握如何计算电阻阻值 ,找不 到规律性。本文介绍该电阻阻值的计算技巧。 1 　OC,OD 门的定义、特性 OC 门是集电极开路 (Open Collector Gate)集成 TTL 门 电路 [1 ] (p78) ,即 T TL 门电路的一种 ,顾名思义 ,其集成电路内 部输出管的集电极开路。在使用中门电路的输出端必须经 上拉电阻接另一电源电压 V CC′。通过调节 V CC′数值或上拉 电阻阻值 ,可以改变输出端输出的高电平的数值或输出的驱 动电流值。这就是 OC 门与普通 TTL 门电路的主要区别。 除此 ,两个以上 OC 门的输出端可以并联 [1 ] (p78) ,而普通 TTL 门电路输出端不能随便并联。OD 门是漏极开路 ( Open Drain Collector Gate) 集成 CMOS 门电路 [1 ] (p105) 。它的特性 和使用情况与 OC 门完全相同 ,所以 ,我们主要以 OC 门 为例。 2 　OC,OD 门的使用 2. 1 　单个 OC(或 OD)门的使用 单个 OC(或 OD)门电路的输出端与外接电源 V CC′之间 需接上拉电阻 R ,否则输出端无高、低电平。电路如图 1 所 示 (图中以 l 两输入 OC 与非门为例) 。 图 1 　 在输入信号作用下 ,当门电路内部输出管饱和时 ,通过 电阻 R 的电流是内部管的饱和电流。V CC′减去内部管的饱 和电流在电阻 R 上的压降就是输出端 Y 的低电平输出电 压值。 在信号作用下 ,当内部输出管截止时 ,通过电阻 R 的电 流是内部管的截止电流。V CC′减去内部管的截止电流在电 sunshine.duan 矩形 唐山学院学报 第 20 卷 　 阻 R 上的压降 ,就是输出端 Y 的高电平输出电压值。如果输 出端外接负载 ,电阻上的压降还要考虑负载电流 ,而负载电 流的方向和大小由输入特性决定。这就是计算如图一所示 电路中电阻阻值的技巧。 2. 2 　多个 OC 或 (或 OD)门的使用 多个 OC 或 (或 OD) 门的输出端并联 ,共用一个上拉电 阻 ,否则输出端无高、低电平。这种连接叫“线与”,如图 2 所 示 (图中以两输入 OC 与非门为例) 。 图 2 　 Y = Y1 ·Y2 ·⋯·Y n = A B + CD + ⋯+ PQ。[1 ] (p79) 可见 , Y1 , Y2 , ⋯, Y n 中只要有一个以上为低电平时 , Y 就为低电平 ;而只有 Y1 , Y2 , ⋯, Y n 均为高电时 , Y 才为高电 平。在输入信号作用下 Y 为低电平时 ,根据 Y1 , Y2 , ⋯, Y n 的输出情况 ,所有输出低电平的集成电路内部输出管的饱和 电流决定电阻 R 上的压降。V CC′减去内部管的总饱和电流 在电阻 R 上的压降就是输出端 Y 的低电平输出电压值。 在输入信号作用下 Y 为高电平时 ,所有集成电路内部输 出管的截止电流决定电阻 R 上的压降。V CC′减去内部管的 总截止电流在电阻 R 上的压降 ,就是输出端 Y 的高电平输出 电压值。如果输出端外接负载门 ,电阻上的压降还要考虑负 载电流 ,而负载电流的方向和大小由负载门的输入特性决 定。这就是计算如图二所示电路中电阻阻值的技巧。 3 　计算举例 例 :电路如图 3 所示 ,信号门 G1 , G2 , G3 是 TTL74 系列 OC 门 ,输出管截止时的漏电流 IOH ≤100μA ,输出低电平 V OL ≤0. 3 V 时 ,允许的最大负载电流 ICM = 8 mA。负载门 G4 , G5 , G6 为 TTL74 系列与非门 ,它们输入为低电平时的输 入电流 I IL ≤- 1 mA ;而输入为高电平时的输入电流 I IH ≤ 40μA。设 OC 门的输出高、低电平满足 V OH ≥3. 2 V ,V OL ≤ 0. 3V。[2 ] (p58) 解 : (1)首先应弄清 I IL和 I IH的含义 :许多人求解此类问 图 3 　 题的第一个难点是 I IL 和 I IH究竟是负载门一个输入端的电 流 ,还是一个门全体输入端的电流。搞清这个问题需要从 TTL74 系列门电路工作原理入手。TTL74 系列两输入端与 非门内部电路如图 4 所示。 图 4 　 当输入均为低电平时 , T1 饱和 , T2 , T5 均截止 , T3 导 通。由于 T2 截止 ,则 T1 集电极饱和电流为零 ,则 T1 基极电 流与总发射极电流相等。当给定输入的低电平值时 , T1 基 极电位确定 ,那么基极电流确定 ,即全体发射极电流确定。 所以题目中或集成电路手册中给出的 I IL值是当门输入为低 电平时全体输入端的电流。 当输入均为高电平时 , T1 倒置 , T2 , T5 饱和 , T3 截止。 所谓 T1 倒置就是其发射极作集电极使用 ,而集电极作发射 极使用。所以 ,在这种情况下 T1 相当于有两个集电极。那 么 ,题目中或手册中给出的 I IH就是门在输入为高电平时一 个输入端的电流。 (2)“线与”处为低电平时 :设“线与”处的低电平是由于 G1 , G2 , G3 中 G1 一个门输出为低电平引起 , V OL 取 0. 3 V。 则“线与”处电流情况如下 : G1 门的输出电流因内部输出管饱和而流入输出端 ; G2 , G3 内部输出管截止 ,在输出端被箝位为低电平时 ,集电极漏 电流可以忽略不计。 因“线与”处为低电平 ,由负载门的输入特 (下转第 63 页) ·43· sunshine.duan 线条 sunshine.duan 下划线 sunshine.duan 下划线 sunshine.duan 下划线 　第 2 期 李春燕 ,高翠香 :大气颗粒物污染与城市生态环境整治 3 　结论 针对唐山市中心区 TSP 污染严重 ,而且扬尘 (开放源) 又是 TSP 主要排放源的特征 ,本方案的研究可将唐山市生 态环境建设作为环境空气质量达标的关键措施。 参考文献 : [1 ] 　朱坦 ,白志鹏 ,朱先磊. 解析技术在环境评价中的应 用 ———区域大气总量控制 [J ] . 中国环境科学 ,2002. 2 (增刊) :226. [2 ] 　朱坦 ,白志鹏 ,朱先磊 ,魏正峰 ,潘贵仁. 原煤尘对天津 市塘沽区的环境影响分析 [J ]城市环境与城市生态 , 1997. 10 (特刊) :31235. [3 ] 　朱坦 ,白志鹏 ,陈威. 秦皇岛市大气颗粒物来源解析研 究[J ] . 环境科学研究 ,1995. 8 (5) :49255. (责任编校 :李聪明) (上接第 34 页) 性 ,则 G4 , G5 , G6 输入端的输入电流均由输入 端流出。题目中给的 I IL为负就是这个含义。 通过电阻 R 的电流由 V CC′向下。 所以 ,“线与”处为低电平时的电流流向如图 5 所示。 图 5 　 由图可见 , VOL = V CC′- R( ICM - 3 IIL ) 所以 , R = (V CC′- V OL ) / ( ICM - 3 I IL ) = (5 - 0. 3) / (8 - 3 ×1) = 0. 94 kΩ (1) 如果“线与”处的低电平是由于两个信号门输出低电平 引起的 ,则上式中 ICM应乘以系数 2。 (3)“线与”为高电平时 :“线与”处为高电平 ,必须在 G1 , G2 , G3 所有输入信号均为低电平时才出现 , V OH 取 3. 2 V。 “线与”处电流情况如下 : G1 , G2 , G3 因内部输出管均截止 ,它们的电流均流入输 出端。 因“线与”处为高电平 ,由负载门的输入特性 ,则与“线 与”处相连的三个负载门的 8 个输入端的输入电流均流入负 载门的输入端 ; 通过电阻 R 的电流由 V CC′向下。 所以 ,“线与”处为高电平时的电流流向如图 6 所示。 图 6 　 　　由图可见 V OH = V CC′- R (3 IOH + 8 I IH ) 所以 , R = (V CC′- V OH ) / (3 IOH + 8 I IH ) = (5 - 3 . 2) / (3 ×0. 1 + 8 ×0. 04) = 2. 90 kΩ (2) 电阻 R 必须同时满足 (1) , (2) 式 ,即式 (1) ≤R ≤式 (2) , 亦即 0. 94 kΩ≤R ≤2. 90 kΩ ,考虑电阻阻值的系列 ,可取 1 kΩ ,2 kΩ等。 OD 门“线与”处 ,上拉电阻的阻值计算与 OC 门的电路 类似。只不过 V OH ,V OL , IOH , ICM , I IL , I IH的值不同罢了。 参考文献 : [1 ] 　阎石. 数字电子技术基础 (第四版) [ M ] . 北京 :高等教 育出版社 ,1998. [2 ] 　苏志平. 数字电子技术基础第四版全程辅导 [ M ] . 北 京 :中国建材出版社 ,2004. [3 ] 　余孟尝. 数字电子技术简明教程 (第二版) [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 ,2000. (责任编校 :李聪明) ·36·