オープンコレクタ出力

【初心者向け】オープンコレクタ出力について解説します!

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困っている人

電子回路でオープンコレクタという用語がよく出てくる。
どんな回路なんだろう?

こんな疑問を解消します。

オープンコレクタ出力は、『NPNトランジスタをスイッチとして用いた出力形態』です。

ICのデジタル出力でよく使用されるため、回路設計者は必ず覚える必要があります。

 
 
そこで今回は、オープンコレクタ出力について解説していきます!
 

本記事の内容・ オープンコレクタ出力とは
・ オープンコレクタの回路構成
・ オープンコレクタのハイレベル出力
・ オープンコレクタのローレベル出力
・ アクティブLo
・ まとめ
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オープンコレクタ出力とは

電子回路
オープンコレクタ出力は、『NPNトランジスタをスイッチとして用いた出力形態』です。

デジタル回路でよく使用される出力形態であり、回路設計者が最初につまづく回路となります。

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もっぷ

マイコンの汎用I/Oでは、『プッシュプルorオープンコレクタ(オープンドレイン)』のどちらかが必ず使用されているので、機会があればデータシートをチェックしてみて下さい。

 
ちなみに、NPNトランジスタではなく、Nch-MOSで構成されている場合は『オープンドレイン』と呼ばれます。

今回は、NPNトランジスタを使用したオープンコレクタの動作を説明していきます。
 

オープンコレクタの回路構成

オープンコレクタの回路構成
オープンコレクタは、以上のような回路構成となっています。

【オープンコレクタの回路構成】

IC出力端子の内部:NPN-Trのコレクタ端子が接続される

IC出力端子の外部:電源&P/U抵抗が接続される

 
IC出力端子の外部には、『出力したい電圧値の電源』を接続して下さい。
 

オープンコレクタのハイレベル出力

オープンコレクタのハイレベル出力

まずは、ハイレベル出力から説明します。

『NPN-Trのベース・エミッタ電圧 > Vin – GND』の場合、NPN-TrはONしません。

 
上図の場合、『NPN-Trのベース・エミッタ電圧 = 0.7V > Vin – GND = 0V』であるため、 NPN-TrがONせずにVout = 5V(IC端子外部の電源電圧)となるのです。

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もっぷ

電流が流れる経路がないため、Voutは外部電源と同電位となります。

 

オープンコレクタのローレベル出力

オープンコレクタのローレベル出力

次に、ローレベル出力を説明します。

『NPN-Trのベース・エミッタ電圧 < Vin – Va』の場合、NPN-TrがONします。

 
上図の場合、『NPN-Trのベース・エミッタ電圧 = 0.7V < Vin – Va = 1.0V』であるため、 NPN-TrがONしてVout = 0Vとなるのです。

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もっぷ

NPN-Trに電流が流れるため、VoutはGNDと同電位となります。

 

アクティブLo

ポイント

オープンコレクタは、NPN-TrがONするとVout = 0Vとなる回路です。

このように、SW:ONでLo出力となるものを『アクティブLo』と呼びます。

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もっぷ

電子回路では一般的な用語であるため、ぜひ覚えておいて下さい。

 

オープンコレクタのメリット

メリット
オープンコレクタのメリットについては、下記の記事で紹介しています。

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もっぷ

メリットも知っておけば、オープンコレクタの理解がより深まるため、ぜひご覧下さい。

 
関連記事 【初心者向け】オープンコレクタのメリットについて解説します!
 

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オープンコレクタ出力まとめ

まとめ
いかがでしたでしょうか。

電子回路設計者にとって『オープンコレクタ』は必須の知識です。

オープンコレクタ出力をしっかりと理解しましょう。

この記事が、皆様のお役に立てば幸いです。

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