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ⓘ Open collector




Open collector
                                     

ⓘ Open collector

Un open collector, è un tipo di porta logica avente come uscita fisica il collettore del BJT costituente lultimo stadio del suo circuito.

Questo tipo di porta viene utilizzato quando si ha la necessità di pilotare dei dispositivi che richiedono una corrente maggiore e valori di tensione di alimentazione diversa rispetto a quella del dispositivo logico di pilotaggio.

In questo modo, il circuito finale può essere completato a piacimento dimensionando opportunamente la resistenza di collettore esterna al chip assegnando alla corrente il valore desiderato in funzione della tensione scelta.

I limiti di tensione e corrente nominali delle porte open-collector sono generalmente più alti di quelli delle porte normali, anche se esistono dei dispositivi che non permettono di lavorare con tensioni e correnti più elevate, un tipico esempio è costituito dal chip 7406, facente parte della serie 7400 in tecnologia TTL.

                                     

1. Funzionamento

Nella figura sopra, la base del transistor è chiamata" IC Output”, cioè uscita del circuito integrato. Questa è unuscita interna proveniente dal circuito logico interno. Dal punto di vista del transistor questo è lingresso che controlla la sua commutazione. Luscita esterna viene presa sul collettore del transistor e questultimo agisce come interfaccia tra lIC interno e la circuiteria esterna.

Luscita essenzialmente lavora o come un circuito aperto, cioè connesso a nulla, o come connesso a massa. Solitamente alluscita si trova una resistenza di pull-up che fa salire la tensione duscita quando il transistor viene spento. Quando il transistor connesso a questa resistenza viene acceso, luscita va al valore 0, essendo connessa a massa. Le uscite dei circuiti open-collector sono molto utili nelle operazioni analogiche matematiche.

Un dispositivo three-state è differente da un open-collector poiché composto da transistor che funzionano da pozzi e da sorgenti di corrente in entrambi gli stati logici, oltre a un controllo che permette di spegnere entrambi i transistor e isolare luscita.

                                     

2. Applicazioni dei dispositivi open-collector

Poiché le resistenze di pull-up non necessitano di connessione allalimentazione interna, alluscita può essere usata una qualunque tensione entro i limiti di sicurezza del dispositivo. I circuiti open-collector sono pertanto usati per interfacciare famiglie di dispositivi che hanno differenti valori di tensione di funzionamento e possono sopportare tensioni superiori a quelle di alimentazione. Questi dispositivi sono comunemente usati per pilotare altri dispositivi come i tubi Nixie e il Display fluorescente a vuoto che richiedono alte tensioni di alimentazione rispetto alla tensione nominale di 5 volt.

Un altro vantaggio è il fatto che le uscite di più open-collector possono essere connesse a una singola linea. Se tutti gli output connessi alla linea sono ad alta impedenza, la resistenza di pull-up mantiene luscita al livello logico alto livello 1. Se una o più uscite sono al livello logico basso livello 0 luscita è connessa a massa e nella resistenza di pull-up o nel carico scorre corrente. Si dice quindi che le uscite open-collector implementano la porta AND cablata wired logic AND.

Unaltra applicazione dellopen-collector è la connessione di diversi dispositivi al bus. Questo permette a un dispositivo di pilotare il bus senza interferenze provenienti da altri dispositivi, infatti se il dispositivo open-collector non sta funzionando le uscite degli altri dispositivi inattivi avrebbero potuto portare la tensione del bus al livello alto, causando così unuscita imprevedibile.

Tramite la connessione delle uscite di più open-collector assieme, il nodo comune forma le cosiddette porte" AND cablato” o" OR cablato”. Una porta AND cablata si comporta come la normale funzione booleana AND di due o più porte, luscita è allo stato logico 1 se e solo se tutti gli ingressi sono a livello logico 1 ed è 0 altrimenti. Una porta OR cablata si comporta anchessa come una normale OR: luscita è bassa se e solo se ogni ingresso è basso.

I dispositivi SCSI-1 usano un open-collector per i segnali elettrici. SCSI-2 and SCSI-3 possono usare il EIA-485.

Un problema degli open-collector riguarda il consumo di energia, essi infatti tendono a richiedere elevati valori di corrente minima per un corretto funzionamento; anche nel caso in cui siano nello stato off spesso sono caratterizzati da qualche nano ampere di corrente di dispersione la quantità esatta varia a seconda della temperatura.

                                     

3. MOSFET

La controparte MOSFET dellopen-collector è la connessione open-drain. Le uscite open-drain possono risultare utili, come lopen-collector, nelle implementazioni tramite elettronica analogica di operazioni matematiche. Un terminale di drain aperto viene connesso a massa quando un valore di tensione alto livello 1 viene applicato al gate, presenta unalta impedenza quando viene invece applicato al gate un basso valore di tensione livello 0. Lalta impedenza rende luscita flottante floating, ovvero a una tensione non definita floating, quindi questo dispositivo necessita di una resistenza di pull-up esterna connessa allalimentazione positiva livello 1 per garantire il livello logico 1 alluscita.

I dispositivi microelettronici che usano segnali a drain aperto, come i microcontrollori, possono presentare una resistenza" interna” di leggero pull-up weak pull-up per connettere il terminale in questione con lalimentazione positiva, come la V dd, del dispositivo. Questa resistenza di weak pull-up, dellordine dei 100 kΩ e fa in modo che il valore della tensione in uscita non sia flottante. Resistenze esterne di pull-up, dellordine di 3 kΩ, sono in grado di ridurre il tempo di salita di un segnale, come nel caso di I²C, e di minimizzare il rumore, come sui sistemi dei reset degli ingressi. In molti dispositivi le resistenze di pull-up interne possono essere disabilitate qualora si usassero resistenze esterne o semplicemente non fossero necessarie.



                                     
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  • University Press, Cambridge, England, 1989 ISBN 0 - 521 - 37095 - 7 MOSFET CMOS open collector Really basic introduction at Encoder, su seattlerobotics.org. URL consultato
  • BBC. Eliot Hodgkin Painter Collector Hazlitt, Gooden Fox, 1990, ISBN 0 - 9512493 - 6 - 3. EN Opere di Eliot Hodgkin, su Open Library, Internet Archive.
  • vedi Il collezionista di ossa film Il collezionista di ossa The Bone Collector è un romanzo thriller del 1997 dell autore statunitense Jeffery Deaver