Open Collector Ausgang digitaler Schaltungen

Viele digitale Bauteile haben einen sogenannten Open Collector Ausgang. In diesem Artikel und dem Video gehst es darum, was ein Open Collector ist, wie er funktioniert und vor allem wie er beschaltet wird.

Digitale Schaltungen sollen am Ausgang einen digitalen Wert liefern, beispielsweise 5V oder 0V. Idealerweise wird dazu das Ausgangsignal auf Masse oder der Betriebsschaltung geschaltet.

Die Realisierung wird aber häufig nicht innerhalb des ICs vorgenommen, sondern mit Hilfe zusätzlicher externer Beschaltung der integrierten Schaltung.

Eine Realisierungsmöglichkeit ist der Open Collector Ausgang.

Open Collector

Wie der Namen schon vermuten lässt, wird der Ausgang mit Hilfe eines Transistors realisiert, dessen Kollektor offen, also unbeschaltet bleibt.

Der Emitter dieses Ausgangstransistors ist mit Masse verbunden. So kann durch ein High-Potential an der Basis des Transistors das Ausgangssignal der Schaltung auf Masse gezogen werden.

Die Realisierung des Low-Potentials am Ausgang ist somit gelöst.

Wie wird das High-Potential am Open Collector realisiert

Bei einem Low-Potential an der Basis des Ausgangstransistors wird die Kollektor-Emitter-Strecke hochohmig. Der Ausgang des Schaltung liegt also „in der Luft“ und liegt auf keinem definierten Potential.

Eine nachfolgende Schaltung, die an diesem Anschluss angeschlossen würde, hätte somit kein High-Potential, im Sinne einer Eingangsspannung von beispielsweise 5V.

Der Pull-Up Widerstand

Das Ausgangssignal muss daher auf dieses High-Potential „hochgezogen“ werden.

Hierbei hilft der sogenannte Pull-Up Widerstand. „Pull-up“ für „hochziehen“.
Der Kollektor der Open-Collector-Schaltung wird über diesen Pull-Up-Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden, so dass bei einem hochohmigen Zustand der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (der Transistor sperrt) das Ausgangssignal über den Pull-Up-Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden ist.

Video zum Open Collector Ausgang

Im folgenden Video wird die Funktionsweise des Open-Collector-Ausgangs mit Hilfe von PSpice gezeigt.

Um die Schaltung selbst zu simulieren steht die Schaltung unter folgendem Link zum Download für PSpice zur Verfügung.

Zum Öffnen der PSpice-Beispielprojekte die OrCAD Capture öffnen und mit „open project“ die opj-Datei öffnen. Anschließend kann aus Capture die PSpice Simulation wie im Film gestartet werden.

Viel Spaß mit dem Video.

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