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集电极开路的输出端口在使用的时候一般要加一个上拉电阻，这个主要取决于后级电路对该信号的需求，并不是一定要加上拉电阻的。集电极开路输出端口在比较器、光耦等器件中比较常见。光耦、比较器的集电极开路输出端口如下图所示。

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什么是集电极开路

集电极开路，是通过NPN三极管来实现的，输出端为三极管的集电极。从上图的光耦、比较器可以看出。输出端是可以输出低电平的，但是输出高电平的时候其实是集电极输出并没有电平，用户在使用的时候可以根据具体的电平情况接一个上拉电阻即可实现。这方便了用户的使用，用户不用再去进行电平转换，电平幅度取决于用户电路。

上图是比较器接上拉电阻输出电路。

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集电极开路的使用方法

下面以光耦电路作为例子介绍集电极开路输出端接上拉电阻的工作原理，光耦的电路图如下所示。

输入侧的开关按下后，发光二极管导通，输出端导通，集电极和发射极导通从而使集电极为低电平，单片机检测到低电平；当左侧输入端开关断开后，输出端断开，如果不接上拉电阻的话输出端为高阻状态，接了上拉电阻后单片机就检测到高电平。并且输出端通过上拉电阻可以接到与左侧不一样的电平上，方便了用户接不通的电平而不需要转换。

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集电极加上拉电阻可以让三极管导通和截止

三极管集电极输出的高低电平信号是由三极管的导通和截止控制，集电极的上拉电阻是三极管导通和截止的关键地。其实也不一定是上拉电阻，PNP三极管是需要下拉电阻的。

NPN三极管集电极上拉电阻分析

NPN三极管集电极没有接上拉电阻时，称为集电极开漏输出，由于集电极没有电流Ic流入，直接检测集电极是没有信号的。电路A没有接上拉电阻，电路B增加了上拉电阻，在电路A中三极管没有导通和截止的过程，所以OutputA是没有信号的；电路B加入了上拉电阻，当DR 为高电平时，三极管导通，Output为低电平，当DR 为低电平时，三极管截止，Output为高电平。

PNP三极管集电极需要接下拉电阻

电路C中,PNP三极管集电极没有接下拉电阻，集电集没有电流Ic流出，OutputC是没有电平信号变化的；电路D接入了下拉电阻，当DR为高电平时，三极管截止,OutputD为低电平，当DR为低电平时，三极管导通,OutputD为高电平。

PNP三极管驱动的负载需要接在集电极和GND之间，这时候，就算不接下拉电阻，电流Ic也会出负载流出，可以正常工作。

集电极输出端口总结

• 用作高低电平信号检测或者转换时，需要接上拉或者下拉电阻，让三极管实现导通和截止，才可以得到电平信号。
• 如果用作负载驱动，其实可以设计为集电极开漏输出。

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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。
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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。

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集电极开路输出端或者MOS管漏极输出端其性质都是一样的，这种电路在数字电路中都要加上拉电阻。比如在单片机P0口其内部驱动电路是MOS构成的，其结构就是一个漏极开路电路，其内部没有上拉电阻。当单片机I/O口输出时，它会由程序根据控制要求来输出高电平或低电平，假如这时P0口外部不加一个外加电阻，当需要一个高电平输出时，由于是漏极开路而无法得到高电平，因此必须加上拉电阻才能得出所需的高低电平。这个电阻也是有要求的，不能太大也不能太小，在实际应用中P0口的上拉电阻一般为10K。如果电阻选大了其高低电平的速率会变低，功率也会变小。

下面我们再说说数字电路中的集电极开路电路，这种数字电路中一般都是用三极管构成的，它的工作状态在截止和饱和导通二者之间迅速转换。我们可以这样假设，当三极管集电极不加上拉电阻时就没有电流流入集电极，集电极就没有信号，因此也就得不到我们所需要的电平信号。所以在数字电路中集电极开路的OC门是必须加上拉电阻的。另外说一句，这个上拉电阻也要选择合适，不然的话会影响这个电路的驱动电流能力和功耗。

有上拉电阻就会有下拉电阻，它的作用也是为了稳定电平。以上是我对这个题的理解，欢迎大家对这个问题讨论，观注！

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怎么形成导体电流

做切割磁力线运动的导体产生电流的原因，它是三个因素结合而成的结果。其一是导体上的原子核外带负电的电子；其二导体受到的外动力并且力的方向垂直于磁力线方向；其三是磁力线。导体产生电流主要原因是组成磁力线的微体核能，该核能上有双扇子形薄片和中间凸起的圆形薄片，这两个薄片都各自从中间部位的中心线段与圆片直径重合并垂直相等，这个重合线段既是圆交电力线的直径也是扇子形电力线的正中间线段。这两个相垂直薄片都是按一定规律排列成的电力线，其中圆形薄片是一个中间凸起的曲面圆交电力线，它是由圆心发出的正负相邻均匀排列的平面电力线，无论正或负电力线的方向都朝圆心，圆片上间夹着的正电力线对加力的导体上带负电电子产生异性相吸，使电子吸到圆片电力线的圆心区域，此时的电子既受圆片上正电力线朝圆心的吸力，又受到加在导体上使导体运动的外力，这两个力是同向的并且使电子移动到圆片电力线线的圆心区域，当电子到达水平的圆片电力线的圆心区域时，就立刻被此处的扇子形向上的正电力线的电力，将电子推到该电力线顶端并且进行排列成扇子形的电子波。其实导体做垂直切割磁力线运动力的方向，运动力方向本身与中凸圆交电力线是同一平面，自然应该垂直于双扇子形电力线平面，这样中凸圆交电力线吸电子到其圆心区域，这样有利于电子在扇子形平面上排列，这是由于从扇子形正对面的原子核上，吸来的电子直接进入扇子形与圆形交线中心处，由于扇子形平面对电子的吸力，又使吸到中心处的电子，在交线上以中间向两旁稍微散开些，并且顺着垂直方向上的扇子形平行电力线向上的推力，使电子到达扇子形顶端排列成扇子形模样，又由于扇子形本身就像波，所以叫电子的电子波。

电流最大值对应的动力方向

导体在磁力线垂直方向上做切割磁力线运动，导体与磁力线的关系是，导体受到的外动力线方向既垂直于磁力线；并且还要与组成磁力线核能上的中凸圆交电力线平面平行，或经过该平面；还要与组成磁力线核能上的双扇子形平面垂直，符合这条件下的运动状态的导体，所受的动力方向才是最佳选择。它们的原因是扇子形电力线平面垂直于中凸圆形电力线平面并且从中间垂直相交于线段，该线段既是扇子形中间线段又是中凸圆形直径。由于中凸圆交电力线是正负相邻均匀排列的，所以在它的平面电力线范围内，向四面八方的位置上，存在着无数个相交电力线朝圆心的吸力，对稍微加力的正电粒子或稍微加力的负电粒子，都能使它顺着对应的异性电力线运动到其圆心区域，在这里中凸圆交电力线上的正电力线，对导体上的加同向力的电子产生吸引，使电子顺着中凸圆交正电力线快速移动到其圆心区域，这是单纯的中凸圆交电力线能使稍微加力的电子运动规律。

电子波形成原理

对于切割磁力线运动的导体上最简单的力，就是平行定长度的动力线，推动导体在垂直磁力线方向上运动，导体上的原子核外围电子自然随着该力出现受力趋势，相当于稍微加力的电子。导体进入磁力内，实质上是磁力线穿入导体上，那么组成磁力核能上的圆片正电力线向四面八方吸收稍微加力的电子，使它们飞般的到达圆心区域，通过圆心直径上的双扇子形平行电力线，将身边的电子迅速推到双扇子形顶端，进行从上向下排列成扇子模样，这就是电子波，由于每根磁力上由无数个单体核能组成的，每个单体核能都含有着一个双扇子形平行电力线，若处在导体体积上所有磁力线上的双扇子形平行电力线上，都排列上电子波，对于每个正电力线的扇子形平面上全部是电子排列的，该电子面的电力相当大，由于带电体或带电面有一规律，即带电体或带电面上的电会自然分开，形成电量相等的两极，这是因为面内层是正电力线的正电，外层是电子上的负电，所以电子排列的双扇子形电子波从双扇子形中间分开为两极，电子稍微倾向后面显出负电，正电力线稍微线倾向前面显出负电，同一平面上的扇子形电子波行列同行列，首尾异性相吸成串。这就是做切割磁力线运动导体上的电子波串形成原理。

电子波的方向

电子波的底是直线相连的。起初在每根磁力线上，按照它上面的扇子形状排列的电子波，由于扇子形平面垂直于导体的运动力线，所以扇子形平面上排列的电子波同样也垂直于导体的运动力方向，电子波在导体相连的长度恰巧是导体处在磁力线上范围的宽度，并且也是推动导体的平行动力线的宽度，这就是磁力线范围处的导体上排列成的相连的电子波。

导体电子波的运动方向

当处在磁力线区域的导体上全部排列成有规律的整体电子波串行列时，由于各个单波相当于一个微小电极，正电极总是在切割磁力线运动力方向的右侧，这样它们连成的整体串同样也分正负电两极，正电极同样也在切割磁力线运动力方向的右侧时，对于处在磁力线范围的那部分导体成为整体的大电极，这个大电极的正电极仍然在切割磁力线运动力方向的右侧，这部分导体两端成正负电极，电力相当大，在离开磁力线范围的导体上，对靠近正电极的原子核外电子产生很大的吸力，由于原子核外电子不能挣脱原子核对它的吸力，它们之间的吸力，使正电极向电子方向运动；对靠近负电极的原子核外电子产生很大的排斥力，对负电极起到推动作用，这就是同性相斥异性相吸规律，产生了后面的负电极受到推力，前面的正电极受到靠前的电子吸力，并且吸力与吸推力作用在同一整体大电极的首尾，这样使电子波组合体在磁力线范围导体上运动。这就是磁力线范围的导体电流。

曲面圆交电力线怎样吸电子

由于这个曲面圆片上无数个电力线和其对应的四面八方无数个朝圆心吸力方向，这些电力线全部与磁力线方向垂直，所以对导体加力的电子就沿着垂直于磁力线方向的圆片的圆心移动，此时电子受到两种作用，即导体受的外力，引起导体的电子稍微加力，圆片上的无数方向正电力线就要四面八方向圆心吸这些加力电子到其圆心区域，此时的电子立即被其垂直方向上的平行扇子形正电力线，将电子推送到扇子形顶端并且按照扇子形状进行排列，排列成一连串贴在磁力线上的双扇子形电子波并且下面为直线形。

为啥叫扇子形电力线

双扇子形电力线薄片的两个扇子各自中间部分稍长些，才叫它扇子形的平行电力线，它们这两个扇子并列在一起组成双扇子形电力线，从与它相交的圆面直径为界，向上部分扇子形平行线为正电力线，并且方向朝上，向下部分电力线为负电力线，并且方向朝下，底下是连着的两个弧形线段，由于双扇子形电力线的下方为负电力线，它与带负电的电子是排斥作用，不能排列电子，只有上方的正扇子形电力线排列电子。由于这个微小双扇子形平行电力线的上下为异性电，所以这些微体接触时就会首尾异性相吸成串，这就是磁力线，这也是它能连成磁力线的第一个作用。它的第二个作用，就是双扇子形向上的正电力线，对穿着磁力线的导体上的带负电电子进行排列成电子波。具体的是将电子吸到双扇子顶端，进行从上往下排列到正负分界线位为止，排列成的电子波上为双扇子形状下为直线形。这就是平面电子波。

曲面螺旋形电流

电子波在导体上运动，只要离开磁力线的导体，电子波就不受磁力线的束博力，就会翻劲成曲面螺旋形状仍然运动，并且绕着导体中心线运动，这个圆形螺旋体积几乎与导体体积全等或小于导体的体积。

导体电子三次运动

起初导体做垂直切割磁力线运动的方向，导体的电子顺正电力线方向移动到圆片电力线的圆心区域这是电子第一次运动，再由扇子形正电力线向上推力，使导体的电子出现第二次向上移动，移动方向与导体运动方向相垂直，当电子移动到扇子形顶端时按规律排列成波，波出现两极，磁力线以外的导体上的电子，对波的正极相吸对负极相斥，这样电子波正极受电子吸引运动，这就是磁力线范围的电流方向，这是导体上经过排列的波形状电子，这属于导体电子的第三次移动。

關鍵字: 集电极 开路 端口