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集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)如圖1所示，右邊的那個(gè)三極管集電極什么都不接，所以叫做集電極開路（左邊的三極管為反相之用，使輸入為“0”時(shí)，輸出也為“0”）。對于圖1，當(dāng)左端的輸入為“0”時(shí)，前面的三極管截止（即集電極C跟發(fā)射極E之間相當(dāng)于斷開），所以5V電源通過1K電阻加到右邊的三極管上，右邊的三極管導(dǎo)通（即相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)閉合）；當(dāng)左端的輸入為“1”時(shí)，前面的三極管導(dǎo)通，而后面的三極管截止（相當(dāng)于開關(guān)斷開）。
我們將圖1簡化成圖2的樣子。圖2中的開關(guān)受軟件控制，“1”時(shí)斷開，“0”時(shí)閉合。很明顯可以看出，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸出直接接地，所以輸出電平為0。而當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，則輸出端懸空了，即高阻態(tài)。這時(shí)電平狀態(tài)未知，如果后面一個(gè)電阻負(fù)載（即使很輕的負(fù)載）到地，那么輸出端的電平就被這個(gè)負(fù)載拉到低電平了，所以這個(gè)電路是不能輸出高電平的。
再看圖三。圖三中那個(gè)1K的電阻即是上拉電阻。如果開關(guān)閉合，則有電流從1K電阻及開關(guān)上流過，但由于開關(guān)閉和時(shí)電阻為0（方便我們的討論，實(shí)際情況中開關(guān)電阻不為0，另外對于三極管還存在飽和壓降），所以在開關(guān)上的電壓為0，即輸出電平為0。如果開關(guān)斷開，則由于開關(guān)電阻為無窮大（同上，不考慮實(shí)際中的漏電流），所以流過的電流為0，因此在1K電阻上的壓降也為0，所以輸出端的電壓就是5V了，這樣就能輸出高電平了。但是這個(gè)輸出的內(nèi)阻是比較大的（即1KΩ），如果接一個(gè)電阻為R的負(fù)載，通過分壓計(jì)算，就可以算得最后的輸出電壓為5*R/(R+1000)伏，即5/(1+1000/R)伏。所以，如果要達(dá)到一定的電壓的話，R就不能太小。如果R真的太小，而導(dǎo)致輸出電壓不夠的話，那我們只有通過減小那個(gè)1K的上拉電阻來增加驅(qū)動(dòng)能力。但是，上拉電阻又不能取得太小，因?yàn)楫?dāng)開關(guān)閉合時(shí)，將產(chǎn)生電流，由于開關(guān)能流過的電流是有限的，因此限制了上拉電阻的取值，另外還需要考慮到，當(dāng)輸出低電平時(shí)，負(fù)載可能還會給提供一部分電流從開關(guān)流過，因此要綜合這些電流考慮來選擇合適的上拉電阻。
如果我們將一個(gè)讀數(shù)據(jù)用的輸入端接在輸出端，這樣就是一個(gè)IO口了（51的IO口就是這樣的結(jié)構(gòu)，其中P0口內(nèi)部不帶上拉，而其它三個(gè)口帶內(nèi)部上拉），當(dāng)我們要使用輸入功能時(shí)，只要將輸出口設(shè)置為1即可，這樣就相當(dāng)于那個(gè)開關(guān)斷開，而對于P0口來說，就是高阻態(tài)了。
對于漏極開路（OD）輸出，跟集電極開路輸出是十分類似的。將上面的三極管換成場效應(yīng)管即可。這樣集電極就變成了漏極，OC就變成了OD，原理分析是一樣的。
圖4
另一種輸出結(jié)構(gòu)是推挽輸出（如圖4所示）。當(dāng)寫“1”時(shí)，上面的三極管導(dǎo)通，下面的三極管截止，輸出高電平；寫“0”時(shí)，上面的三極管截止，下面的三極管導(dǎo)通，輸出低電平，比起OC或者OD來說，這樣的推挽結(jié)構(gòu)高、低電平驅(qū)動(dòng)能力都很強(qiáng)。如果兩個(gè)輸出不同電平的輸出口接在一起的話，就會產(chǎn)生很大的電流，有可能將輸出口燒壞。而上面說的OC或OD輸出則不會有這樣的情況，因?yàn)樯侠娮杼峁┑碾娏鞅容^小。如果是推挽輸出的要設(shè)置為高阻態(tài)時(shí)，則兩個(gè)開關(guān)必須同時(shí)斷開（或者在輸出口上使用一個(gè)傳輸門），這樣可作為輸入狀態(tài)，AVR單片機(jī)的一些IO口就是這種結(jié)構(gòu)。
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