三極管基礎(chǔ)之上拉電阻,下拉電阻.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考我們先來說說集電極開路輸出的結(jié)構(gòu)。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(duì)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(jiǎn)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(duì)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1K），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(huì)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(duì)于P0口來說，就是高阻態(tài)了。對(duì)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(chǎng)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。 另一種輸出結(jié)構(gòu)是推挽輸出。推挽輸出的結(jié)構(gòu)就是把上面的上拉電阻也換成一個(gè)開關(guān)，當(dāng)要輸出高電平時(shí)，上面的開關(guān)通，下面的開關(guān)斷；而要輸出低電平時(shí)，則剛好相反。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(huì)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(huì)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)。2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (28.22 KB) 在數(shù)字電路中不用的輸入腳都要接固定電平，通過1k電阻接高電平或接地。 1. 電阻作用： l 接電組就是為了防止輸入端懸空 l 減弱外部電流對(duì)芯片產(chǎn)生的干擾 l 保護(hù)cmos內(nèi)的保護(hù)二極管,一般電流不大于10mA l 上拉和下拉、限流 l 1. 改變電平的電位，常用在TTL-CMOS匹配 2. 在引腳懸空時(shí)有確定的狀態(tài) 3.增加高電平輸出時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力。 4、為OC門提供電流 l 那要看輸出口驅(qū)動(dòng)的是什么器件，如果該器件需要高電壓的話，而輸出口的輸出電壓又不夠，就需要加上拉電阻。 l 如果有上拉電阻那它的端口在默認(rèn)值為高電平你要控制它必須用低電平才能控制如三態(tài)門電路三極管的集電極，或二極管正極去控制把上拉電阻的電流拉下來成為低電平。反之， l 尤其用在接口電路中,為了得到確定的電平,一般采用這種方法,以保證正確的電路狀態(tài),以免發(fā)生意外,比如,在電機(jī)控制中,逆變橋上下橋臂不能直通,如果它們都用同一個(gè)單片機(jī)來驅(qū)動(dòng),必須設(shè)置初始狀態(tài).防止直通! 2、定義： l 上拉就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻嵌位在高電平！電阻同時(shí)起限流作用！下拉同理！ l 上拉是對(duì)器件注入電流，下拉是輸出電流 l 弱強(qiáng)只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴(yán)格區(qū)分 l 對(duì)于非集電極（或漏極）開路輸出型電路（如普通門電路）提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。 3、為什么要使用拉電阻： l 一般作單鍵觸發(fā)使用時(shí)，如果IC本身沒有內(nèi)接電阻，為了使單鍵維持在不被觸發(fā)的狀態(tài)或是觸發(fā)后回到原狀態(tài)，必須在IC外部另接一電阻。 l 數(shù)字電路有三種狀態(tài)：高電平、低電平、和高阻狀態(tài)，有些應(yīng)用場(chǎng)合不希望出現(xiàn)高阻狀態(tài)，可以通過上拉電阻或下拉電阻的方式使處于穩(wěn)定狀態(tài)，具體視設(shè)計(jì)要求而定！ l 一般說的是I/O端口，有的可以設(shè)置，有的不可以設(shè)置，有的是內(nèi)置，有的是需要外接，I/O端口的輸出類似與一個(gè)三極管的C，當(dāng)C接通過一個(gè)電阻和電源連接在一起的時(shí)候，該電阻成為上C拉電阻，也就是說，如果該端口正常時(shí)為高電平，C通過一個(gè)電阻和地連接在一起的時(shí)候，該電阻稱為下拉電阻，使該端口平時(shí)為低電平，作用嗎： 比如：當(dāng)一個(gè)接有上拉電阻的端口設(shè)為輸如狀態(tài)時(shí)，他的常態(tài)就為高電平，用于檢測(cè)低電平的輸入。 l 上拉電阻是用來解決總線驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)提供電流的。一般說法是拉電流，下拉電阻是用來吸收電流的，也就是你同學(xué)說的灌電流 線驅(qū)動(dòng)（差動(dòng)輸出）線驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)源電流輸出器件。在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，線驅(qū)動(dòng)器輸出為電源（Vcc）；在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，輸出懸空。因此，線驅(qū)動(dòng)器需要一個(gè)灌電流輸入接口。下面表格中給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的線驅(qū)動(dòng)器的原理圖。差動(dòng)輸出（歐姆龍稱為線性驅(qū)動(dòng)輸出）線性驅(qū)動(dòng)輸出就是根據(jù)RS-422A的數(shù)據(jù)輸送回路?？赏ㄟ^雙股攪合線電纜進(jìn)行長距離輸送2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (1.35 KB) 集電極開路集電極開路電路是灌電流輸出器件。在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，集電極開路輸出連到地；在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，集電極開路輸出懸空。因此，集電極開路輸出需要一個(gè)源電流輸入接口。下面表格中給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的集電極開路輸出電路的原理圖。2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (1.35 KB) 推挽式推挽式輸出結(jié)合了線驅(qū)動(dòng)與集電極開路輸出，在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，推挽式輸出接地；在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，推挽式輸出連到電源（Vcc）。推挽輸出（歐姆龍稱為互補(bǔ)輸出）輸出回路有2種，即NPN與PNP2種晶體管輸出。根據(jù)輸出信號(hào)H或L，2種晶體管輸出互相交叉進(jìn)行ON或OFF動(dòng)作，使用時(shí)，正電源，0V分別為吸合，拉下互補(bǔ)輸出是輸出電流流出或流入2種動(dòng)作，特征是信號(hào)的上升、下降速度快，可進(jìn)行導(dǎo)線的長距離延長。可與開路集電極輸入機(jī)器（NPN/PNP）連接，另外還可以連接到電壓輸入機(jī)器上。但是為了能更好的發(fā)揮未來的性能，一般推薦在電壓輸入機(jī)器上使用電壓輸入的編碼器。 2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (1.62 KB) 1、 所謂“漏型輸入”，是一種由PLC內(nèi)部提供輸入信號(hào)源，全部輸入信號(hào)的一端匯總到輸入的公共連接端COM的輸入形式。又稱為“匯點(diǎn)輸入”。、輸入傳感器為接近開關(guān)時(shí)，只要接近開關(guān)的輸出驅(qū)動(dòng)力足夠，漏型輸入的PLC輸入端就可以直接與NPN集電極開路型接近開關(guān)的輸出進(jìn)行連接但是，當(dāng)采用PNP集電極開路型接近開關(guān)時(shí)，由于接近開關(guān)內(nèi)部輸出端與0V間的電阻很大，無法提供電耦合器件所需要的驅(qū)動(dòng)電流，因此需要增加“下拉電阻”。如圖。增加下拉電阻后應(yīng)注意，此時(shí)的PLC內(nèi)部輸入信號(hào)與接近開關(guān)發(fā)信狀態(tài)相反，即接近開關(guān)發(fā)信時(shí)，“下拉電阻”上端為24V，光電耦合器件無電流，內(nèi)部信號(hào)為“0”；未發(fā)信時(shí)，PLC內(nèi)部DC24V與0V之間，通過光電耦合器件、限流電阻、“下拉電阻”經(jīng)公共端COM構(gòu)成電流回路，輸入為“1”。下拉電阻的阻值主要決定于PLC輸入光電耦合器件的驅(qū)動(dòng)電流、PLC內(nèi)部輸入電路的限流電阻阻值。通常情況下，其值為1.52K，計(jì)算公式如下：第一種公式：R（Ve-0.7）/Ii-Ri式中：R下拉電阻（K）Ve輸入電源電壓（V）Ii最小輸入驅(qū)動(dòng)電流（mA）RiPLC內(nèi)部輸入限流電阻（K）公式中取發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為0.7V。第二種公式：下拉電阻輸入限流電阻/（最小ON電壓/24V）-輸入限流電阻2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (41.89 KB) 1、 所謂“源型輸入”，是一種由外部提供輸入信號(hào)電源或使用PLC內(nèi)部提供給輸入回路的電源，全部輸入信號(hào)為“有源”信號(hào)，并獨(dú)立輸入PLC的輸入連接形式。1、 所謂“源型輸入”，是一種由外部提供輸入信號(hào)電源或使用PLC內(nèi)部提供給輸入回路的電源，全部輸入信號(hào)為“有源”信號(hào)，并獨(dú)立輸入PLC的輸入連接形式。2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (91.99 KB) 2、 所謂“源型輸入”，是一種由外部提供輸入信號(hào)電源或使用PLC內(nèi)部提供給輸入回路的電源，全部輸入信號(hào)為“有源”信號(hào)，并獨(dú)立輸入PLC的輸入連接形式。 輸入傳感器為接近開關(guān)時(shí)，只要接近開關(guān)的輸出驅(qū)動(dòng)力足夠，源型輸入的PLC輸入端就可以直接與PNP集電極開路型接近開關(guān)的輸出進(jìn)行連接。 相反，當(dāng)采用NPN集電極開路型接近開關(guān)時(shí)，由于接近開關(guān)內(nèi)部輸出端與24V間的電阻很大，無法提供電耦合器件所需要的驅(qū)動(dòng)電流，因此需要增加“上拉電阻”。如圖。增加下拉電阻后應(yīng)注意，此時(shí)的PLC內(nèi)部輸入信號(hào)與接近開關(guān)發(fā)信狀態(tài)相反，即接近開關(guān)發(fā)信時(shí)，“上拉電阻”上端為0V，光電耦合器件無電流，內(nèi)部信號(hào)為“0”；未發(fā)信時(shí)，PLC內(nèi)部DC24V與0V之間，通過光電耦合器件、限流電阻、“上拉電阻”經(jīng)公共端COM構(gòu)成電流回路，輸入為“1”。上拉電阻的阻值主要決定于PLC輸入光電耦合器件的驅(qū)動(dòng)電流、PLC內(nèi)部輸入電路的限流電阻阻值。通常情況下，其值為1.52K，其計(jì)算公式與下拉電阻計(jì)算公式相同。2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (41.57 KB) 2012-4-13 15:48:27 上傳下載附件 (90.17 KB) 增長共性或減少共性取決于連接