推挽电路原理及应用-上N下P以及下N上P

在做信号控制以及驱动时，为了加快控制速度，经常要使用推挽电路。推挽电路可以由两种结构组成：分别是上P下N，以及上N下P。其原理图如下所示，

1.推挽电路两种方式

推挽电路

在实际中，我们使用的推挽电路一般都是上N下P型。

但是我一直有个疑问：“为什么不使用上P下N型？“

因为在使用三极管时，一般N管的发射极是接地，P管的发射极是接电源。以上两种类型，明显上P下N型是符合习惯的。

对于这个疑问，从来也没有人正面地回答我。甚至很多人都不屑去回答这个问题，但是这个问题确实是电子设计初学者几乎都会考虑的问题。所以今天就来捋一捋这两种电路结构的区别。

先从上N下P型说起，其原理图如下：

上N下P型原理图

由上图可知道，其输出信号与输入信号的相位是相同的。即输入为高电平，输出也是高电平。

但是根据N管的工作特点，其输出电压幅值会比输入信号的幅值低0.7V。所以上N下P型的输出幅值会受到输入信号的限制。

输入电平直接影响输出电平

这也就说明该电路对输入信号的幅值具有一定的要求，否则可能会因为输入信号的幅值过低而导致后级的电平信号幅值不足。

除此之外，当输入信号的电平过低时，如果推挽电路的输出电流过大，会导致上N管发热，严重时还可能导致其损坏。如下图所示：

N管发热的原因

这个结论是存在一定的道理的，但实际中，当推挽电路在做信号控制时，其中流过的电流并不会很大，所以这种情况下，上管也不容易坏。

但如果推挽电路用于驱动负载时，此时的管子可能会流过较大电流，此时若输入信号幅度较低，则上管的发热量真的会很严重。当然，下P管同样也存在发热的隐患。所以在设计推挽电路时，必须要注意信号、电源及负载。

对于上P下N的模型，从原理图可以知道，该模型的输出与输出是反相的。即当输入为高时，输出则为低。

上P下N型原理图

而实际的应用电路中，我们可以将其与上N下P模型进行对比。对比之后可以发现，上P下N模型的三极管基极会串了一个电阻，但是上N下P在实际应用中可以将其省略。上P下N模型中要加这两个电阻的原因是为了将上P管与下N管进行信号隔离。假如不进行信号隔离，从原理图中可以知道，上P管的信号其实是会影响下N管的。

去掉基极电阻会导致串通现象

该电路相对于“上N下P”来说，该电路多了两个电阻，从成本上，上P下N型不具有优势。

那这两个电阻能不能去掉呢？

答案肯定是不能！如上图：

从以上电路中可以知道，当P管导通时，其信号会流经N管，这时就会导致P、N管的串通问题。所以该电阻不能省。可能很多人觉得，加两个电阻没什么，但是如果放在实际生产中，假如一个电阻的价格为0.1分，则生产一千万个产品则意味着“因为这两个电阻，成本将直接地上升一万元。”
另外，我们往往以为加了一个电阻之后就万事大吉了，其实并不是。尽管加了电阻，我们还要严格保证输入端要一直有信号且其信号的幅值足够高，否则一样会导致串通问题。

但是，即使能够保证控制信号的幅值足够高，但是当信号在进行“高——低”转换的时候，其中必会经过一个信号的转换区间，这说明，在信号进行跳变时，依旧会存在串通的问题。要解决这个问题，就要求控制信号的压摆率远远大于三极管的导通时间（即在保证三极管还没做出开关反应时，控制信号就已经完成了信号转换，以避免串通现象）。

大家可以去查查通用三极管的开关时间，查完之后你或许就会发现，上P下N型推挽电路的要求未免也太苛刻了吧。

当然，上P下N模型只是在栅极型（即三极管模型）中才会存在如此多的缺点，在场效应管（mos管）中还是很受欢迎的。具体原因大家可以根据自己的兴趣去了解。

综上所述，我们在实际的应用中往往会选择上N下P型。下表总结了两种模型的特点供大家参考：

从以上的对比，即可知道为什么“上N下P型”推挽电路会受到人们的“偏爱”。

PS：上P下N模型只是在栅极型（即三极管模型）中才会存在如此多的缺点。

如果把三极管换成是mos管，那其中的很多缺点都会得到很好的改善，具体原因大家可以根据自己的兴趣去了解。

2.推挽电路信号流向

该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

一个典型的推挽输出电路：

推挽输出电路

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。

推挽输出电路-推电流

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。

推挽输出电路-挽电流

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。

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