Выходы некоторых микросхем выполнены так, что верхний выходной транзистор и относящиеся к нему элементы отсутствуют. Это так называемые элементы со свободным (открытым) коллектором. На их выходе формируется сигнал только низкого уровня. Поэтому для нормальной работы выходного транзистора коллектор такой микросхемы следует подключить к источнику питания через внешнюю нагрузку (рис. 3.29): резистор, элемент индукции, реле и т.п.
Рис. 3.29. Логический элемент с открытым коллектором
Для выпуска таких микросхем есть по меньшей мере две причины:
1. Выходной транзистор может быть использован для управления внешними устройствами, которые к тому же могут работать от других источников питания (см. рис. 3.29 – Uпн). Например, микросхема 155ЛА11 позволяет подводить к выходному транзистору до 30 В. Эти микросхемы легко также вводить в линейный (усилительный) режим.
2. Логические элементы с открытым коллектором допускают параллельное подсоединение нескольких выходов к общей нагрузке. Такое объединение выходов называют монтажной (проводной) логикой.
При подключении к внешнему резистору элемент выполняет функцию И–НЕ. В условном графическом обозначении элемента с открытым коллектором имеется специальный значок – ромб (или подчеркнутый ромб).
Имея дело с монтажной логикой, следует учитывать, что каждый компонент схемы утрачивает самостоятельность и действует как элемент общей системы. Так, если на одном выходе (рис. 3.30) низкий потенциал, то тот же потенциал окажется на выходе всей системы. Чтобы обеспечить логическую 1 на общем выходе, необходимо иметь логические 1 на всех выходах.
Каждый из логических элементов (см. рис. 3.30) производит операцию И-НЕ:
Следовательно,
Преобразовав последнее выражение на основе закона де Моргана, получим
или, можно показать, что
Из этих выражений следует, что логические элементы с объединенными выходами функционируют подобно элементам И–ИЛИ–НЕ, выполняя операцию ИЛИ–НЕ по отношению к входным переменным, связанным операциями И в каждом логическом элементе. Такое толкование послужило причиной наименования монтажное ИЛИ. Однако для положительной логики верно монтажное И.
Рис. 3.30. Псевдомонтажное И: а – схема соединения; б – условное обозначение
Расчет величины сопротивления нагрузки Rн в микросхемах с открытым коллектором можно посмотреть, например, в [9].
Пример микросхем с открытым коллектором серии 155: