集电极开路输出的IC其输出端并不是必须要加上拉电阻,具体加不加上拉电阻要看后级电路及负载而定。下面我们以常用的电压比较器LM393(其输出级为集电极开路输出)为例来介绍一下为何需要加上拉电阻。
集电极开路输出的LM393内部电路图。
LM393输出级外接的上拉电阻。
从上图可以看出,LM393内部输出级是一个NPN型三极管,其输出端为该三极管的集电极,故称这种输出级为集电极开路输出。比较器采用这种输出级便于与后级电路接口。这种输出级结构的IC在使用时若后级是一些TTL或CMOS数字IC,一般需要在其输出端与电源正极之间接一个阻值合适的上拉电阻(图2中的3KΩ和100KΩ皆为上拉电阻)。这样不论后级电路工作电压是否与LM393的供电电压一致,只要在LM393的输出级接一个上拉电阻,后级电路即可获得合适的驱动电平信号。
上拉电阻阻值的选取与电路的工作频率、电源电压及比较器输出级的驱动能力有关。若是工作频率较高(上百KHz),为了减小后级输入电容的影响,该电阻一般取值2~10KΩ。在低频应用时,为了节省电能,上拉电阻可以取值数十至上百KΩ,否则在比较器输出端为低电平时,将有较大的电流流过上拉电阻。
集电极开路输出驱动LED指示灯时不需加上拉电阻。
对于这种集电极开路输出的IC,若其输出级驱动的负载为LED指示灯或蜂鸣器时,输出级是不需要加上拉电阻的。如上图所示,LM393输出级驱动一个LED指示灯,此时只要接一个限流电阻R4即可。