推挽電路的應(yīng)用非常廣泛,比如單片機(jī)的推挽模式輸出,PWM控制器輸出,橋式驅(qū)動電路等。推挽的英文單詞:Push-Pull,顧名思義就是推-拉的意思。所以推挽電路又叫推拉式電路。
推挽電路有很多種,根據(jù)用法的不同有所差異,但其本質(zhì)都是功率放大,增大輸入信號的驅(qū)動能力,且具有兩個特點:
①很強(qiáng)的灌電流,即向負(fù)載注入大電流;
②很強(qiáng)的拉電流,即從負(fù)載抽取大電流。
如圖3由NPN+PNP三極管組成的推挽電路,這就是我們常用的互補(bǔ)推挽電路。特點是輸出阻抗很小,驅(qū)動能力很強(qiáng)。
圖3:互補(bǔ)推挽電路
如圖4,輸入信號由低電平跳變到高電平,上管導(dǎo)通。
圖4:上管導(dǎo)通
如圖5,輸入信號由高電平跳變到低電平,下管導(dǎo)通。
圖5:下管導(dǎo)通
如圖6,NPN+PNP構(gòu)成的互補(bǔ)推挽電路是共射極輸出,在任意時刻,有且只有其中一個管子導(dǎo)通有輸出。
圖6:共射極輸出
有朋友覺得三極管不都是集電極(C)作為輸出嗎?怎么畫風(fēng)變了。按常規(guī)思路應(yīng)該是如圖7所示的電路圖;如果單獨輸入是0V或12V,那么該電路看似沒有毛病,但是輸入信號是變化的,電壓信號高低電平的跳變有過渡的過程,所以在某個中間電壓時會出現(xiàn)兩個管子同時導(dǎo)通的情況,這是要炸管的,切記!
圖7:錯誤的推挽電路
如圖8為推挽驅(qū)動MOS管的電機(jī)調(diào)速電路,MOS管的G極灌電流及拉電流都很大,于是MOS管的開通和關(guān)斷時間都非常短,平臺電壓也非常窄,可有效降低開關(guān)損耗。
圖8:電機(jī)調(diào)速電路
關(guān)于三極管和MOS管的特性,前面的文章有詳細(xì)講解,有不明白的朋友可以翻一翻。
當(dāng)然,如圖9把三極管替換成MOS管也是完全可以的,驅(qū)動能力會更強(qiáng)勁。
圖9:MOS管結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)推挽
以上互補(bǔ)推挽電路的輸入信號幅值必須和推挽供電電壓一致,比如推挽供電電壓為12V,那么輸入的PWM信號的幅值也必須是12V。如果輸入低于12V,輸出也也會低于12V,參考圖6所示,那么在管子上形成的壓降會導(dǎo)致管子發(fā)熱嚴(yán)重。
那么有沒有小電壓驅(qū)動大電壓的推挽結(jié)構(gòu)呢,當(dāng)然有,在很多驅(qū)動芯片里非常常見,我們管TA叫圖騰柱;如圖10所示。
圖10
如圖11的紅框內(nèi),圖騰柱由NPN+NPN構(gòu)成,上管前級有個非門。(實際上,芯片框圖對有些功能只以模塊化展示,涉及的細(xì)節(jié)屬于絕密是不可能呈現(xiàn)出來的)
為什么芯片采用圖騰柱而不是互補(bǔ)推挽呢?原因是芯片內(nèi)部的工作電壓為5V(VCC經(jīng)過芯片內(nèi)部的線性電源得到5V),由前面對互補(bǔ)推挽的分析得知該結(jié)構(gòu)并不適用于小電壓驅(qū)動大電壓;于是圖騰柱結(jié)構(gòu)的推挽孕育而生。
圖11:圖騰柱
如圖12為圖騰柱仿真電路,信號源為5V/1k的方波,二極管D1的作用是防止Q3、Q4同時導(dǎo)通而導(dǎo)致炸管。
圖12:圖騰柱仿真電路
如圖13為圖騰柱仿真波形,輸出與輸入相位相反,黃色表示Ui輸入波形,藍(lán)色表示Uo輸出波形,實現(xiàn)了小電壓驅(qū)動大電壓的推挽輸出。
圖13:圖騰柱仿真波形
如圖14為互補(bǔ)推挽仿真電路,信號源為12V/1k的方波。
圖14:互補(bǔ)推挽仿真電路
如圖15為互補(bǔ)推挽仿真波形,輸出與輸入相位一致,黃色表示Ui輸入波形,藍(lán)色表示Uo輸出波形。
圖15:互補(bǔ)推挽仿真波形
然而,我們常用的運(yùn)放也是推挽輸出,運(yùn)放的一個特性就是輸入阻抗很大,輸出阻抗很小,輸出如圖16紅框所示,輸出阻抗不到200Ω。
圖16:運(yùn)放的推挽輸出
如圖17,運(yùn)放輸出端與反相輸入端直接相連就構(gòu)成了常用的跟隨器,輸出電壓等于輸入電壓,驅(qū)動能力大大增強(qiáng)。
圖17:跟隨器
要點:
①圖騰柱是NPN+NPN結(jié)構(gòu),互補(bǔ)推挽是NPN+PNP結(jié)構(gòu);
②圖騰柱有非線性特征,只能用于PWM輸出,而互補(bǔ)推挽有線性特征,除了用于PWM輸出外,還可用于模擬信號輸出;
③圖騰柱多見于PWM芯片驅(qū)動,用于直接驅(qū)動功率MOS管;互補(bǔ)推挽多見于搭建的電路以及MCU(單片機(jī))、運(yùn)放等芯片;
④PWM控制時,圖騰柱輸入電壓可小于驅(qū)動電壓,而互補(bǔ)推挽必須是輸入電壓與驅(qū)動電壓相等。
關(guān)于圖騰柱和互補(bǔ)推挽,很多時候都被認(rèn)定是同一個電路(且存在爭議),其實不然,正確認(rèn)識以及了解它們的區(qū)別后,相信讀者對它們有個全新的認(rèn)識。
審核編輯:湯梓紅
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