推挽電路的坑,你踩過嗎?
推挽電路就是兩個(gè)不同極性晶體管間連接的輸出電路。推挽電路采用兩個(gè)參數(shù)相同的功率BJT管或MOSFET管,以推挽方式存在于電路中,各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù),電路工作時(shí),兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通,所以導(dǎo)通損耗小效率高。
在做信號控制以及驅(qū)動(dòng)時(shí),為了加快控制速度,經(jīng)常要使用推挽電路。推挽電路可以由兩種結(jié)構(gòu)組成:分別是上P下N,以及上N下P。其原理圖如下所示, ?
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在平時(shí)中,我個(gè)人經(jīng)常遇到的推挽電路是第一種。當(dāng)我每次問身邊的工程師:“為什么不選擇使用第二種?第二種是上P下N型,這樣的管子在實(shí)際中用起來,理論中比上N下P型更有優(yōu)勢呀?!钡菍?shí)際中,從來也沒有人正面地回答我,為什么不適用上P下N?;蛟S很多人都會不屑去回答這個(gè)問題,但是這個(gè)問題確實(shí)是電子設(shè)計(jì)初學(xué)者幾乎都會考慮的問題。今天我就捋一捋這個(gè)小問題。??
先來看看上N下P型,從該原理圖可以知道,其輸出信號與輸入信號的相位是相同的,即輸入時(shí)高。輸出就是高。但是根據(jù)N管的工作特點(diǎn)——N管的輸出電壓幅值=Vb=0.7V,所以改模型的輸出幅值會受到輸出信號的限制。所以這對輸入信號的幅值要求比較苛刻,否則可能會導(dǎo)致后級的高電平信號不夠高。???
其輸出的效果圖如上圖所示,可能細(xì)心的人會發(fā)現(xiàn),當(dāng)輸入信號的高電平低于電源電壓時(shí),這意味著上N管的CE節(jié)將會承受較高的電壓。這也就意味著上管將有著發(fā)熱壞的風(fēng)險(xiǎn)。??
這個(gè)結(jié)論是存在一定的道理的,但實(shí)際中,當(dāng)推挽電路在做信號控制時(shí),其中流過的電流并不會很大,所以這種情況下,上管也不容易壞。但是如果推挽電路用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí),則此時(shí)的管子會流過大電流,此時(shí)若輸入信號幅度較低,則上管的發(fā)熱量真的會很嚴(yán)重。當(dāng)然,當(dāng)輸入信號的低電平高于參考電壓時(shí),下P管也會存在同樣的問題。
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對于上P下N的模型,從原理圖可以知道,該模型的輸出與輸出是反相的。即當(dāng)輸入為高時(shí),輸出則為低。?
而實(shí)際的應(yīng)用電路中,我們可以將其與上N下P模型進(jìn)行對比。對比之后可以發(fā)現(xiàn),上P下N模型的三極管基極會串了一個(gè)電阻,但是上N下P在實(shí)際應(yīng)用中可以將其省略。上P下N模型中要加這兩個(gè)電阻的原因是為了將上P管與下N管進(jìn)行信號隔離。假如不進(jìn)行信號隔離,從原理圖中可以知道,上P管的信號其實(shí)是會影響下N管的。?
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從以上電路中可以知道,當(dāng)P管導(dǎo)通時(shí),其信號會流經(jīng)N管,這時(shí)就會導(dǎo)致P、N管的串通問題。所以該電阻不能省。可能很多人覺得,加兩個(gè)電阻沒什么,但是如果放在實(shí)際生產(chǎn)中,假如一個(gè)電阻的價(jià)格為0.1分,則生產(chǎn)一千萬個(gè)產(chǎn)品則意味著“因?yàn)檫@兩個(gè)電阻,成本將直接地上升一萬元?!??
另外,我們往往以為加了一個(gè)電阻之后就萬事大吉了,其實(shí)并不是。盡管加了電阻,我們還要嚴(yán)格保證輸入端要一直有信號且其信號的幅值足夠高,否則一樣會導(dǎo)致串通問題。??
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但是,即使能夠保證控制信號的幅值足夠高,但是當(dāng)信號在進(jìn)行“高——低”轉(zhuǎn)換的時(shí)候,其中必會經(jīng)過一個(gè)信號的轉(zhuǎn)換區(qū)間,這說明,在信號進(jìn)行跳變時(shí),依舊會存在串通的問題。要解決這個(gè)問題,就要求控制信號的壓擺率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三極管的導(dǎo)通時(shí)間(即在保證三極管還沒做出開關(guān)反應(yīng)時(shí),控制信號就已經(jīng)完成了信號轉(zhuǎn)換,以避免串通現(xiàn)象)。???
大家可以去查查通用三極管的開關(guān)時(shí)間,查完之后你或許就會發(fā)現(xiàn),上P下N型推挽電路的要求未免也太苛刻了吧。?
綜上所述,我們在實(shí)際的應(yīng)用中往往會選擇上N下P型。下表總結(jié)了兩種模型的特點(diǎn)供大家參考:
當(dāng)然,上P下N模型只是在柵極型(即三極管模型)中才會存在如此多的缺點(diǎn),在場效應(yīng)管(mos管)中還是很受歡迎的。具體原因大家可以根據(jù)自己的興趣去了解。
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