推挽输出(英语:Push–pull output)是一种使用一对选择性地从相连负载灌电流或者拉电流的器件的电路。它常常使用一对参数相同的功率三极管或MOSFET管,以推挽方式存在于电路中。

简介推挽电路使用两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,电路工作时,两只对称的开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

推挽输出常见的是图腾柱输出。

“图腾柱输出”常用于数字电路(如TTL)中。由于TTL与非门使用两个垂直堆砌的同类型晶体管,中间用一个钳位二极管隔开,与图腾柱的结构相类似,因此其输出级被称为图腾柱输出。

开漏形式的电路有以下几个特点:

1. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经R pull-up ,MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。

2. 一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时,只能输出低电平,如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压,便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。(上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的沿的速度 。阻值越大,速度越低功耗越小,所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。)

3. OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。

4. 可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系。这也是I2C,SMBus等总线判断总线占用状态的原理。补充:什么是“线与”?:

在一个结点(线)上, 连接一个上拉电阻到电源 VCC 或 VDD 和 n 个 NPN 或 NMOS 晶体管的集电极 C 或漏极 D, 这些晶体管的发射极 E 或源极 S 都接到地线上, 只要有一个晶体管饱和, 这个结点(线)就被拉到地线电平上. 因为这些晶体管的基极注入电流(NPN)或栅极加上高电平(NMOS),晶体管就会饱和, 所以这些基极或栅极对这个结点(线)的关系是或非 NOR 逻辑. 如果这个结点后面加一个反相器, 就是或 OR 逻辑.

其实可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑0,相当于接地,与之并联的回路“相当于被一根导线短路”,所以外电路逻辑电平便为0,只有都为高电平时,与的结果才为逻辑1。1

推挽放大器在功率放大器电路中大量采用推挽放大器电路,这种电路中用两只三极管构成一级放大器电路,两只三极管分别放大输入信号的正半周和负半周,即用一只三极管放大信号的正半周,用另一只三极管放大信号的负半周,两只三极管输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个完整周期的输出信号。

推挽放大器电路中,一只三极管工作在导通、放大状态时,另一只三极管处于截止状态,当输入信号变化到另一个半周后,原先导通、放大的三极管进入截止,而原先截止的三极管进入导通、放大状态,两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化,所以称为推挽放大器。2

互补推挽放大器“互补”是通过采用两种不同极性的三极管,利用不同极性三极管的输入极性不同,用一个信号来激励两只不同极性的三极管,这样可以不需要有两个大小相等、相位相反的激励信号。电路中,一个是NPN型三极管,另一个是PNP型三极管,两只三极管的基极相连,在两管的基极加一个音频输入信号作推动信号。

两管基极和发射极并联,由于两只三极管的极性不同,基极上的输入信号电压对两管而言一个是正向偏置,一个是反向偏置。当输入信号为正半周时,两管基极同时电压升高,此时输入信号电压给一管加上正向偏置电压,所以该管进入导通和放大状态。由于基极电压升高,对另一管来讲加上反向偏置电压,所以该管处于截止状态。 输入信号变化到负半周后,两管基极同时电压下降,给另一管正向偏置,使该管进入导通和放大状态,而一管又进入截止状态。

这种利用NPN型和PNP型三极管的互补特性,用一个信号来同时激励两只三极管的电路,称之为“互补”电路,由互补电路构成的放大器称为互补放大器电路。由于两个异极性管工作时,一只三极管导通、放大,另一只三极管截止,工作在推挽状态,所以称为互补推挽放大器。2

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刘宝成 - 副教授 - 内蒙古民族大学