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推挽電路的坑,你踩過沒?

jf_pJlTbmA9 ? 來源:硬件筆記本 ? 作者:硬件筆記本 ? 2023-11-24 16:25 ? 次閱讀

在做信號控制以及驅動時,為了加快控制速度,經常要使用推挽電路。推挽電路可以由兩種結構組成:上P下N,上N下P。其原理圖分別如下所示。

wKgZomVdc1GATOrXAACnCTn0xig231.jpg

在平時中,我個人經常遇到的推挽電路是第一種。當我每次問身邊的工程師:“為什么不選擇使用第二種?第二種是上P下N型,這樣的管子在實際中用起來,理論中比上N下P型更有優勢呀。”但是實際中,從來也沒有人正面地回答我,為什么不適用上P下N。或許很多人都會不屑去回答這個問題,但是這個問題確實是電子設計初學者幾乎都會考慮的問題。今天我就捋一捋這個小問題。

先來看看上N下P型,從該原理圖可以知道,其輸出信號與輸入信號的相位是相同的,即輸入時高。輸出就是高。但是根據N管的工作特點——N管的輸出電壓幅值=Vb=0.7V,所以改模型的輸出幅值會受到輸出信號的限制。所以這對輸入信號的幅值要求比較苛刻,否則可能會導致后級的高電平信號不夠高。

wKgaomVdc1OAWUw9AACPqynLuSs613.jpg

其輸出的效果圖如上圖所示,可能細心的人會發現,當輸入信號的高電平低于電源電壓時,這意味著上N管的CE節將會承受較高的電壓。這也就意味著上管將有著發熱壞的風險。
這個結論是存在一定的道理的,但實際中,當推挽電路在做信號控制時,其中流過的電流并不會很大,所以這種情況下,上管也不容易壞。但是如果推挽電路用于驅動負載時,則此時的管子會流過大電流,此時若輸入信號幅度較低,則上管的發熱量真的會很嚴重。當然,當輸入信號的低電平高于參考電壓時,下P管也會存在同樣的問題。

wKgaomVdc1WAC5w7AABsNp0iSpk884.jpg

對于上P下N的模型,從原理圖可以知道,該模型的輸出與輸出是反相的。即當輸入為高時,輸出則為低。

而實際的應用電路中,我們可以將其與上N下P模型進行對比。對比之后可以發現,上P下N模型的三極管基極會串了一個電阻,但是上N下P在實際應用中可以將其省略。上P下N模型中要加這兩個電阻的原因是為了將上P管與下N管進行信號隔離。假如不進行信號隔離,從原理圖中可以知道,上P管的信號其實是會影響下N管的。

wKgZomVdc1uAVcvNAABkUKpKRwU185.jpg

從以上電路中可以知道,當P管導通時,其信號會流經N管,這時就會導致P、N管的串通問題。所以該電阻不能省。可能很多人覺得,加兩個電阻沒什么,但是如果放在實際生產中,假如一個電阻的價格為0.1分,則生產一千萬個產品則意味著“因為這兩個電阻,成本將直接地上升一萬元。”

另外,我們往往以為加了一個電阻之后就萬事大吉了,其實并不是。盡管加了電阻,我們還要嚴格保證輸入端要一直有信號且其信號的幅值足夠高,否則一樣會導致串通問題。

wKgZomVdc2GAWh36AABxpIyexOs212.jpg

但是,即使能夠保證控制信號的幅值足夠高,但是當信號在進行“高——低”轉換的時候,其中必會經過一個信號的轉換區間,這說明,在信號進行跳變時,依舊會存在串通的問題。要解決這個問題,就要求控制信號的壓擺率遠遠大于三極管的導通時間(即在保證三極管還沒做出開關反應時,控制信號就已經完成了信號轉換,以避免串通現象)。

wKgaomVdc2iAAtCIAADZX8BaNpQ896.jpg

大家可以去查查通用三極管的開關時間,查完之后你或許就會發現,上P下N型推挽電路的要求未免也太苛刻了吧。

綜上所述,我們在實際的應用中往往會選擇上N下P型。下表總結了兩種模型的特點供大家參考:

wKgaomVdc26AVKc7AAEjIFzlqws816.jpg

當然,上P下N模型只是在柵極型(即三極管模型)中才會存在如此多的缺點,在場效應管(mos管)中還是很受歡迎的。

本文轉載自:硬件筆記本微信公眾號

審核編輯 黃宇

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