如何正确理解开漏输出和推挽输出

2023-11-18

作者:知乎用户
链接:https://www.zhihu.com/question/28512432/answer/41217074
来源:知乎
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我觉得下面这个「网上资料」还是很不错的。

单片机I/O口推挽输出与开漏输出的区别(转)

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我还是认真回答一下吧。

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。

<img src="https://pic4.zhimg.com/50/d9af63f605cbfe1d965457b3faf6607b_hd.jpg" data-rawwidth="297" data-rawheight="277" class="content_image" width="297">

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。

<img src="https://pic1.zhimg.com/50/185e372b2285c626dc8a51c0a1a5b510_hd.jpg" data-rawwidth="270" data-rawheight="271" class="content_image" width="270">

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。

<img src="https://pic1.zhimg.com/50/99a21f2eb02e9878545e46fb13310048_hd.jpg" data-rawwidth="267" data-rawheight="262" class="content_image" width="267">

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。

<img src="https://pic2.zhimg.com/50/d14bfdf1e5821024991f0a9e2305a9b1_hd.jpg" data-rawwidth="262" data-rawheight="269" class="content_image" width="262">

那么推挽电路

<img src="https://pic4.zhimg.com/50/7ef65a8673162ca1793f2efc217424c7_hd.jpg" data-rawwidth="419" data-rawheight="370" class="content_image" width="419">

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。

<img src="https://pic4.zhimg.com/50/d453959d2e0f79b7e7946990ab22c997_hd.jpg" data-rawwidth="403" data-rawheight="371" class="content_image" width="403">

经过上面的N型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「」。

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。

<img src="https://pic2.zhimg.com/50/17b5a572b6cb664853b0ef687ccb291d_hd.jpg" data-rawwidth="418" data-rawheight="359" class="content_image" width="418">

经过下面的P型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「」。

以上,这就是推挽(push-pull)电路


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那么什么是开漏呢?这个在我答案一开头给出的「网上资料」里讲得很详细了,我这里也简单写一下。

要理解开漏,可以先理解开集

<img src="https://pic3.zhimg.com/50/d1f2f99be3b1a3d75f3fbd11dfc36d62_hd.jpg" data-rawwidth="271" data-rawheight="226" class="content_image" width="271">

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。

<img src="https://pic1.zhimg.com/50/61588ca0d53f17ad99362cbaea4136a0_hd.jpg" data-rawwidth="313" data-rawheight="286" class="content_image" width="313">

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:

<img src="https://pic4.zhimg.com/50/27c48e18c718af409c5ebfe264452ce7_hd.jpg" data-rawwidth="210" data-rawheight="223" class="content_image" width="210">

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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