元器件分析 / 硬件积累 · 2023年8月1日

三极管开漏与推挽输出

三极管

三极管是由两种不同的半导体组成,两个P型半导体1个N型半导体,组成PNP型三极管,两个N型半导体和一个P型半导体,组成NPN型三极。
PNP型三极管如下图所示。通过图,我们可以看出,PNP型半导体导通条件就是:Vbe正偏,Vce反偏,Ic=Ib+Ie,Ve>Vb>Vc。

NPN型三极管如下图所示。通过图,我们可以看出,NPN型半导体导通条件就是:Vbe正偏,Vce反偏,Ic=Ib+Ie,Vc>Vb>Ve

整体可看下图

MOS管

MOS管全称是金属氧化物场效应管。其结构由三个半导体拼接而成,N-MOS由两个N型半导体,分别为S极和D极,衬底为P型半导体;P-MOS由两个P型半导体,分别为S极和D极,衬底为N型半导体;MOS管存在两个方向,一个是沟道方向(PN结方向),另一个是体二极管方向。

MOS管全称是金属氧化物场效应管。其结构由三个半导体拼接而成,N-MOS由两个N型半导体,分别为S极和D极,衬底为P型半导体;P-MOS由两个P型半导体,分别为S极和D极,衬底为N型半导体;MOS管存在两个方向,一个是沟道方向(PN结方向),另一个是体二极管方向。
MOS管导通特性:

NMOS:Vgs 大于 一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS:Vgs 小 于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

MOS 管做开关电路时的连接:体二极管的负极输入,正极接地或者输出。

NMOS: D输入,S输出
PMOS: S输入,D输出

推挽输出

要理解推挽输出,首先要理解好三极管(晶体管)的原理。下面这种三极管有三个端口,分别是基极(Base)、集电极(Collector)和发射极(Emitter)。下图是NPN型晶体管。

这种三极管是电流控制型元器件,注意关键词电流控制。意思就是说,只要基极B有输入(或输出)电流就可以对这个晶体管进行控制了。
下面请允许我换一下概念,把基极B视为控制端,集电极C视为输入端,发射极E视为输出端。这里输入输出是指电流流动的方向。

当控制端有电流输入的时候,就会有电流从输入端进入并从输出端流出。

而PNP管正好相反,当有电流从控制端流出时,就会有电流从输入端流到输出端。

那么推挽电路:

上面的三极管是N型三极管,下面的三极管是P型三极管,请留意控制端、输入端和输出端。
当Vin电压为V+时,上面的N型三极管控制端有电流输入,Q3导通,于是电流从上往下通过,提供电流给负载。

经过上面的N型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「推」。
当Vin电压为V-时,下面的三极管有电流流出,Q4导通,有电流从上往下流过。

经过下面的P型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「挽」。

以上,这就是推挽(push-pull)电路。

开漏输出

要理解开漏,可以先理解开集。

如图,开集的意思,就是集电极C一端什么都不接,直接作为输出端口。
如果要用这种电路带一个负载,比如一个LED,必须接一个上拉电阻,就像这样。

当Vin没有电流,Q5断开时,LED亮。
当Vin流入电流,Q5导通时,LED灭。

开漏电路,就是把上图中的三极管换成场效应管(MOSFET)。
N型场效应管各个端口的名称:

场效应管是电压控制型元器件,只要对栅极施加电压,DS就会导通。结型场效应管有一个特性就是它的输入阻抗非常大,这意味着:没有电流从控制电路流出,也没有电流进入控制电路。没有电流流入或流出,就不会烧坏控制电路。而双极型晶体管不同,是电流控制性元器件,如果使用开集电路,可能会烧坏控制电路。这大概就是我们总是听到开漏电路而很少听到开集电路的原因吧?因为开集电路被淘汰了。

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