一文了解推挽輸出結構Output_push_pull


拉電阻作為輸出(或輸入輸出)時牽涉到的知識點會更多一些,但本質的功能也是將電平箝位,最常見的輸出上拉電阻出現在開集(Open Collector,OC)或開漏(Open Drain,OD)結構的引腳。
我們有很多芯片的輸出引腳是推挽輸出結構(Output Push-Pull),如下圖所示(還有一種反相輸出的結構,本質也是一樣的):

推挽輸出結構引腳的特點是:無論引腳輸出高電平“H”還是低電平“L”,都有比較強的驅動能力(輸入或輸出電流能力)!
當推挽輸出結構的控制信號為低電平“L”時,Q1截止Q2導通,電流I1由電源VCC經負載RL與三極管Q2流向公共地,我們稱此電流為灌電流(Sink Current),也就是外部電流灌入芯片內部,如下圖所示:

相應的,當推挽輸出結構的控制信號為高電平“H”時,Q1導通Q2截止,電流I1由電源VCC經三極管Q1與負載RL流向公共地,我們稱此電流為拉電流(Source Current),也就是芯片內部可以向外提供的電流(所以稱之為“源電源”),從另一個角度講,也就是外電路可以從芯片中拉走多少電流,如下圖所示:

灌電流能力與拉電流能力也稱為芯片引腳的驅動能力。對於任何給定的芯片,引腳的驅動能力都是有限的,如下圖所示為STM32單片機的IO引腳電流驅動能力(來自ST數據手冊):

由上表可知,STM32的IO引腳的驅動能力為25mA,負號“-”表示電流的方向,灌與拉的電流方向是相反的(表中SUNK為SINK的過去分詞)
由於芯片引腳的驅動能力都是有限的,如果引腳驅動的負載比較重,將可能導致輸出電平不正確(無法輸出預定的電平),如下圖所示:

假定芯片的供電電壓為3.3V(忽略晶體管飽和壓降),則輸出最大電流25mA時,負載RL的值約為132歐姆(3.3V/25mA),如果負載值小於132歐姆,則相應輸出電流會更大(超過25mA),但是芯片引腳只能提供最大25mA的電流,因此,輸出電平將會下降。
一般情況下,這種驅動重負載(小電阻)的電路連接是不會燒毀內部晶體管的,因為內部也是有限流電阻的,換句話講,就算輸出引腳對地短路,輸出電流也不會超過最大的驅動能力(除非是不正規的芯片),當然,在實際應用過程中盡量不要超出引腳的驅動能力。


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