对开漏输出的理解

第一部分:为什么叫"开漏输出"?

这个名字来源于其内部电路结构,非常形象。

  1. 核心结构

    • 开漏输出内部只有一个 MOSFET(场效应管,可以想象成一个电子开关) ​ 作为输出级,并且这个开关的一端连接着输出引脚,另一端直接 "漏" ​ 到了 地(GND)

    • 这个MOSFET的 "漏极" ​ 是直接对外开路的,因此得名 "开漏"。与之对应的是"开集输出"(使用BJT三极管,原理类似)。

  2. 工作原理

    • 当内部电路想让输出为低电平(0)时:它会打开这个MOSFET开关。此时,输出引脚通过这个开关被"拉"到地,电压接近0V。

    • 当内部电路想让输出为高电平(1)时 :它会关闭这个MOSFET开关。此时,输出引脚与地之间是断开的,**处于 "浮空"​ 状态。**它本身的电压是不确定的,既不是高也不是低,而是一个高阻抗状态。

总结名字来源"开" 指的是输出端对地是开路/断开的(通过一个开关),"漏" 指的是这个开关连接的是MOS管的漏极。所以叫 开漏输出


第二部分:为什么开漏输出必须加上拉电阻?

正是因为上述的"浮空"问题,所以必须借助外部电路来定义高电平。这个外部电路就是 上拉电阻

上拉电阻的一端接电源(Vcc),另一端接开漏输出引脚。

加上拉电阻后,工作原理变为:

  1. 输出低电平(0) :内部MOSFET开关闭合。电流路径为:Vcc -> 上拉电阻 -> 引脚 -> 内部开关 -> GND。由于开关导通电阻很小,引脚电压被强制拉低到接近0V。此时上拉电阻起到了限流作用,防止电源对地短路。

  2. 输出高电平(1) :内部MOSFET开关断开。电流路径被切断。由于上拉电阻的存在,输出引脚通过电阻被"拉"到了电源Vcc,电压接近Vcc,从而得到一个确定的高电平。

第三部分:上拉电阻的核心作用与价值

  1. 定义高电平:这是最根本的作用,解决了开漏输出无法自行输出高电平的问题。

  2. 实现"线与"功能(关键优势) :这是开漏输出最重要的应用之一。多个开漏输出的引脚可以直接连在一起,共用一个上拉电阻。

    • 只有当所有输出都为高阻态(即都想输出1)时,总线才是高电平。

    • 如果任意一个输出为低电平(输出0),总线就被拉低为低电平。

    • 这种逻辑相当于一个"与门",因此被称为 **"线与"**​ 。I²C总线就是利用这个原理实现多主机仲裁的。

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