工作原理
开集极输出的内部结构很简单。它本质上是一个晶体管的集电极，该集电极没有连接到电源电压。这意味着当晶体管截止时，输出引脚处于高阻抗状态，类似于一个“开路”状态。当晶体管饱和时，输出引脚连接到地（GND），从而将输出拉低。
为了使开集极输出能够工作，需要一个外部上拉电阻。这个电阻连接在输出引脚和电源电压之间。当晶体管截止时，上拉电阻将输出引脚拉高到电源电压。当晶体管饱和时，输出引脚被拉低到地。
开集极的优点
- 电压转换： 开集极输出可以很容易地与不同的逻辑电平连接，这要归功于外部上拉电阻。例如，可以将一个 5V 的开集极输出连接到一个 12V 的系统。
- 驱动大电流： 开集极输出通常可以驱动比标准 CMOS 或 TTL 输出更大的电流。这是因为外部上拉电阻可以根据需要调整。
- 线与功能： 多个开集极输出可以连接在一起，实现“线与”逻辑功能。这意味着只有当所有连接的输出都为低电平时，总输出才为低电平。如果任何一个输出为高电平，则总输出为高电平。
- 节省成本： 在某些情况下，使用开集极输出可以减少所需的 IC 数量，从而降低系统成本。
应用场景
开集极输出广泛应用于各种应用中，包括：
- LED 驱动： 由于开集极输出能够驱动大电流，因此常用于驱动 LED。
- 总线系统： 开集极输出可用于构建 I2C、SMBus 等总线系统。
- 电平转换： 用于将一个逻辑电平的信号转换为另一个逻辑电平的信号。
- 继电器控制： 用于控制继电器或其他需要较大电流的设备。
与开漏、开发射极的区别
虽然开集极是常见的输出配置，但还有其他类似的配置，如开漏 (Open Drain) 和开发射极 (Open Emitter)。它们的主要区别在于使用的晶体管类型以及连接方式。开漏通常使用 MOSFET，而开发射极使用 bipolar junction transistor (BJT) 晶体管的发射极。开集极和开漏通常是等效的，而开发射极则不常见，而且其工作方式与前两者略有不同。
结论
开集极输出是一种灵活且有用的 IC 输出配置，尤其适用于需要电压转换、驱动大电流或实现线与逻辑功能的场合。理解其工作原理和应用场景，对于设计和调试电子系统至关重要。