原理

集电极开路是一种在集成电路内常见的输出类型，可以看作为一端接地（公共端）的开关。此结构内部由一个NPN晶体管来实现，晶体管的基级(base) 为输出的控制端，晶体管的发射级(emitter)接地（公共端），晶体管的集电极(collector)提供给外部电路。由其实现原理可以得知，此种输出类型仅仅可以控制输出引脚与地（公共端）的导通或截止，无法输出电压或电流。

 

其示意图如下图所示：

 

在使用MOSFET器件的电路中，类似的结构叫开漏极（Open Drain），其示意图如下图所示:

我们在后面的内容里将这两种输出类型都视为集电极开路输出，不再加以区分。

 

特点

由于集电极开路输出等效为一端接地（公共端）的开关，因此非常适合控制负载的电流，能够适应不同的负载电压（在不超过驱动芯片允许的最大负载电压前提下）。

 

可以将多个输出并联来实现“与”逻辑：只要其中一路输出导通，负载被打开；当所有输出截止时，负载被关闭。

 

由于集电极开路输出无法输出电压或电流，因此在驱动电压控制型负载时，需要在输出上添加上拉电阻（如下图中的电阻R），如果负载需要的控制信号操作速度越快，就需要越小的上拉电阻，但是过小的上拉电阻在输出导通时会产生的功耗越大，因此集电极开路结构的缺点是其上拉电阻导致的功耗问题。

集电极开路输出电压

测量

在实际的现场应用中，需要使用电压表来判断控制器的数字量输出（集电极开路结构）是否损坏。由于集电极开路输出无法输出电压或电流，因此无法通过直接使用电压表跨接在输出和地（公共端）之间测量输出电压的方式来判断输出是否正常，必须将输出上拉（使用电阻或者负载实现上拉）到电源之后，才可以测量其电压。

 

在正常工作的前提下，输出导通时，电压表显示的电压接近0V；输出截止时，电压表显示的电压接近电源电压。如果测量结果与此不符，可以判断输出异常或损坏。

 

下方两图表分别示意了错误的测量方法和正确的测量方法:

错误的测量方法

正确的测量方法

应用要点

1)在驱动电压控制型负载时，如果负载内部无上拉电阻时，需要外接上拉电阻；

   

2)在控制对外部电磁干扰敏感的设备输入端口时，需要分析输出信号的电流流向，确保在控制信号电流流向和回流路径上使用双绞线，

这样可减小外部电磁干扰耦合到控制信号的回路里面。  

3)在控制需要使用边沿触发的设备输入端口时，建议使用集电极开路输出从截止到导通的边沿（电压的下降沿，或电流的上升沿）触发。

此边沿持续时间较短，产生的触发信号时间误差相对较小。  

下图是前面所示的触发电路的输出从截止状态切换到导通状态时的输出电流随时间变化的曲线图（集电极开路输出的电流为灌电流，图

中没有考虑电流的方向）。从图中可见，电流的上升时间tr远远小于下降时间tf（电流的实际下降时间取决于触发电路内的串联电阻、

信号回路的电阻和信号回路的等效电容）。