Question

¿Cómo funciona la configuración a Colector abierto? Explique su polarización y flujos de corriente. ¿Cuáles son sus aplicaciones?

Answer 1

En una compuerta de colector abierto debe colocarse entre el positivo y la salida un resistor cuyo valor es:

$\frac{Vcc-V_{IL}}{I_L+I_{Cmax}}<R<\frac{V_{CC}-V_{IH}}{I_L+I_{CEX}}$

Desarrollo:

La configuración a colector abierto en técnicas digitales es una configuración donde la salida solo tiene el transistor que funciona como sumidero de corriente.

De este modo es necesario colocar entre el terminal positivo de alimentación y el pin de salida en cuestión un resistor de valor tal que no se degraden los valores lógicos ni se exceda la corriente máxima que soporta la salida. En la imagen adjunta se observa la polarización para '0' lógico cuando el transistor entra en saturación (izquierda) y en '1' lógico cuando está en corte (derecha).

En '0', la tensión en el colector tiene que ser menor que la máxima tensión que la lógica interpreta como '0', típicamente 0,8V, al tiempo que la corriente IC1 tiene que ser menor que la corriente máxima que soporta el transistor que es típicamente 8mA. Por lo que el valor mínimo de R es:

$R>\frac{Vcc-V_{IL}}{I_L+I_{C1}}=\frac{5V-0,8V}{IL+0,008A}$

Y en '1' la tensión en el colector tiene que ser mayor que la mínima tensión que la lógica interpreta como '1', típicamente 2V, por el transistor en corte circula la corriente de fuga Icex que es típicamente 0,25mA. De aquí sale un valor máximo para la resistencia pull-up:

$R=\frac{Vcc-V_{IH}}{I_L+I_{Cex}}=\frac{5V-2V}{I_L+0,00025A}$

Por ejemplo si la carga es otra compuerta TTL, al ser su corriente de entrada de 0,8mA, la resistencia pull-up puede estar entre 480 y 2860 ohm.

Las aplicaciones de esta configuración son:

• La posibilidad de implementar compuertas de tipo wired-AND, con las que simplemente uniendo varias salidas de tipo colector abierto se logra una función AND entre ellas, permitiendo evitar el uso de un circuito integrado adicional.
• También se puede utilizar para adaptar niveles de tensión entre circuitos integrados de diferentes familias lógicas ya que ajustando adecuadamente el resistor de pull-up se pueden adaptar los niveles de tensión y existen circuitos integrados en los que la salida de colector abierto soporta una tensión más alta que las salidas normales.