开漏输出与推挽

2023-11-03

1.推挽输出:可以输出高,低电平,连接数字器件。 

输出 0 时,N-MOS 导通,P-MOS 高阻,输出0 

输出 1 时,N-MOS 高阻,P-MOS 导通,输出1(不需要外部上拉电路)。

开漏输出:输出端相当于三极管的集电极。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强 

输出 0 时,N-MOS 导通,P-MOS 不被激活,输出0

输出 1 时,N-MOS 高阻, P-MOS 不被激活,输出1(需要外部上拉电路);

推挽输出一般用于输出电平为0V3.3V的场合,而开漏输出一般用于电平不匹配的场合,如需要输出5V,就需要在外部接一个上拉电阻,电源为5V

开漏输出推挽输出在输出低电平时没有区别,都是接地。在输出高电平时有区别:如果是开漏输出高电平,则能够提供的电压等于上拉电阻的电源电压。因为你的上拉电阻的电源电压小于等于单片机的电源电压,如果大于单片机的电源电压,单片机有可能烧坏,所以开漏输出的电压小于等于单片机的电源电压。如果是推挽输出高电平,则提供的电压等于单片机的电源电压

2.开漏电路:所谓开漏电路的就是指MOS FET的漏极。同理,开集电路中的就是指三极管的集电极。开漏电路就是指以MOS FET的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上拉电阻组成。如图1所示:

图1

组成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 pullup MOSFETGNDIC内部仅需很下的栅极驱动电流。

2可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上。形成与逻辑关系。如图1,当PIN_APIN_BPIN_C任意一个变低后,开漏线上的逻辑就为0了。这也是I2CSMBus等总线判断总线占用状态的原理。

3)可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平。如图2所示, IC的逻辑电平由电源Vcc1决定,而输出高电平则由Vcc2决定。这样我们就可以用低电平逻辑控制输出高电平逻辑了。

图2

4)开漏Pin不连接外部的上拉电阻时只能输出低电平。

5)标准的开漏脚一般只有输出的能力。添加其它的判断电路,才能具备双向输入、输出的能力

应用中需注意:

1)开漏和开集的原理类似,在许多应用中我们利用开集电路代替开漏电路。例如,某输入Pin要求由开漏电路驱动。则我们常见的驱动方式是利用一个三极管组成开集电路来驱动它,即方便又节省成本。如图3

2)上拉电阻R pull-up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。反之亦然。

图3

推挽电路:一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止如果输出级的有两个三极管,始终处于一个导通、一个截止的状态,也就是两个三级管推挽相连,这样的电路结构称为推拉式电路

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。

推挽输出的优势是速度快,因为线路是以两种方式驱动的,缺点是需要消耗更多的电流,即功耗相对大。而开漏所消耗的电流相对较小,开漏的好处之一是,多个开漏电路共用一个上拉电阻,此时可以通过拉低任何一个IO脚使得输出为低电平。为了输出高电平,则所有的都输出高电平。此种逻辑,就是“线与”的功能,可以不需要额外的门电路来实现此部分逻辑。

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。

 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」。 

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。

那么什么是开漏呢?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。

Vin没有电流,Q5断开时,LED亮。 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)。 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。

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