[전자회로] Open Collector

핵심 질문

"오픈 컬렉터(Open Collector), 도대체 왜 쓰는 걸까?"

정의

출력 트랜지스터(BJT)의 컬렉터 단자가 회로 내부적으로 아무 곳에도 연결되지 않고 '열려 있는(Open)' 구조입니다. (CMOS에서는 'Open Drain'이라고 부릅니다.)

풀업저항 없는 / 있는 Open collector https://www.geeksforgeeks.org/digital-logic/open-collector-logic/

 

작동원리

• Low 출력 (0): 트랜지스터가 ON 되어, 출력이 Ground(접지)와 연결됩니다. 전류가 흐를 수 있는 상태(Sink)가 됩니다.
• High 출력 (1) 시도: 트랜지스터가 OFF 되면, 출력 핀은 어디에도 연결되지 않은 '플로팅(Floating)' 상태(High-Z)가 됩니다. 스스로 전압을 내보낼 수 없습니다.

왜 사용하는가? (Applications)

• 전압이 다른 소자 연결: (예: 3.3V MCU로 12V 릴레이 제어).
• Wired-AND 기능: $I^2C$ 통신 등을 예시로 들어 여러 장치가 충돌 없이 선 하나를 공유하는 방법 설명.

장단점 요약 (Pros & Cons)

• 장점: 유연한 전압 제어, 간단한 버스 구성.
• 단점: 풀업 저항이 필요함, 스위칭 속도가 상대적으로 느림(저항과 커패시턴스 영향), 전력 소모(Low 상태일 때 전류 흐름)

 

 

예시

- 어떤 MCU 제품의 데이터시트 확인 결과 다음과 같다.

- 12V 시스템의 MCU로 5V 릴레이를 제어해야 하는 상황

 

 

작동원리

 

1.릴레이 모듈은 'Low Level Trigger(로우 신호시 작동)' 방식을 사용

2-1. MCU가 'ON' 명령을 내리면 (Logic 1):

• DO0 핀 내부의 트랜지스터가 켜지면서 GND와 연결(Sink)됩니다.
• 릴레이의 IN 핀이 DO0를 통해 GND로 당겨집니다 (0V).
• 결과: 릴레이가 "딸깍" 하고 켜집니다.

2-2. MCU가 'OFF' 명령을 내리면 (Logic 0):

• DO0 핀 내부가 끊어지면서 플로팅(Floating) 상태가 됩니다.
• 릴레이 모듈 내부의 자체 저항 덕분에 IN 핀은 자연스럽게 High 상태가 유지됩니다.
• 결과: 릴레이가 꺼집니다.

 

 

결론

 

"다양한 부하(Load) 제어의 유연성"

 

MCU의 DO 핀 하나로 다양한 전압의 장치를 제어할 수 있는 유연함이 생깁니다.