聶 華，張 風，盧倩楠，云 朵，廖云芝

（1.陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安710100；2.長安大學(xué) 電子與控制工程學(xué)院，陜西 西安 710064）

由于TTL與非門的輸出端不能并聯(lián)，不能實現(xiàn)線與，不能進行電平轉(zhuǎn)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(yōu)點，影響了OC門應(yīng)用范圍的擴大。筆者寫本篇論文的目的，是為了用先進的創(chuàng)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(lián)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(lián)以實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)線與的。

在工程實踐中，往往會遇到用各種數(shù)字電路以控制機電性系統(tǒng)的功能，如控制電動機的位置和轉(zhuǎn)速，繼電器的接通與斷開，流體系統(tǒng)中的閥門的開通和關(guān)閉，自動生產(chǎn)線中的機械手多參數(shù)控制等。這就要求數(shù)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(shù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)，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?shù)某黾壷袆h去電壓跟隨器，如2圖所示。 為了實現(xiàn)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(lián)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(lián)使用，進行線與。

3 OC門輸出并聯(lián)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(jù)3種情況來考慮：OC門必須輸出足夠的VOH；OC門必須驅(qū)動一定的灌電流IIL；OC門的開關(guān)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(guān)速度。RL的值愈大，負載電容的充電時間常數(shù)亦愈大，因而開關(guān)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(qū)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(yīng)盡量選取接近RLmin。

對RLmin的計算公式，大多學(xué)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(tài)，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(guān)態(tài)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(yōu)點

OC門除了可以實現(xiàn)多門的線與，完成“與或非”的邏輯功能，實現(xiàn)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(zhuǎn)速，繼電器的接通與斷開，流體系統(tǒng)中的閥門的開通和關(guān)閉，自動生產(chǎn)線中的機械手多參數(shù)控制等。

5 結(jié)束語

1）本論文對OC門問世的背景、原理、用途好、優(yōu)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(xué)者真正搞清OC門的原理及其優(yōu)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(jīng)過測試得到證明。

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

[1]任為民.沈雅芬數(shù)字電子電路學(xué)習和實驗指導(dǎo)[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1993.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)下冊[M].3版.北京：高等教育出版社，1988.

[3]張克農(nóng).數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[4]劉守義.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

[5]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京高等教育出版社，1985.

[6]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程教學(xué)指導(dǎo)書[M].5版.北京：高等教育出版社，2007.