在電子電路設(shè)計(jì)中，推挽電路是一種常用的電路結(jié)構(gòu)，尤其在信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，為了加快控制速度，推挽電路得到了廣泛應(yīng)用。推挽電路主要有兩種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，即上 P 下 N 和上 N 下 P 型。本文將深入探討這兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析，以解答電子設(shè)計(jì)初學(xué)者常有的疑問(wèn)：為何上 N 下 P 型更受青睞。

推挽電路的兩種方式

推挽電路由上 P 下 N 和上 N 下 P 兩種結(jié)構(gòu)組成，其原理圖如下所示。

圖 1 推挽電路兩種方式
在實(shí)際應(yīng)用中，上 N 下 P 型推挽電路更為常見(jiàn)。這引發(fā)了一個(gè)疑問(wèn)：為什么不使用上 P 下 N 型呢？畢竟在使用三極管時(shí)，一般 N 管的發(fā)射極接地，P 管的發(fā)射極接電源，上 P 下 N 型似乎更符合習(xí)慣。然而，這個(gè)問(wèn)題卻常常被忽視，但它確實(shí)是電子設(shè)計(jì)初學(xué)者幾乎都會(huì)考慮的問(wèn)題。下面我們將詳細(xì)分析這兩種電路結(jié)構(gòu)的區(qū)別。

上 N 下 P - 推挽電路

上 N 下 P 型推挽電路的原理圖如下：

圖 2 上 N 下 P 型原理圖
從圖中可以看出，其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位相同，即輸入為高電平，輸出也是高電平。然而，根據(jù) N 管的工作特點(diǎn)，其輸出電壓幅值會(huì)比輸入信號(hào)的幅值低 0.7V。這意味著上 N 下 P 型的輸出幅值會(huì)受到輸入信號(hào)的限制。

圖 3 輸入電平直接影響輸出電平
這也就說(shuō)明該電路對(duì)輸入信號(hào)的幅值具有一定的要求，否則可能會(huì)因?yàn)檩斎胄盘?hào)的幅值過(guò)低而導(dǎo)致后級(jí)的電平信號(hào)幅值不足。此外，當(dāng)輸入信號(hào)的電平過(guò)低時(shí)，如果推挽電路的輸出電流過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致上 N 管發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致其損壞。

圖 4 N 管發(fā)熱的原因
不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)推挽電路用于信號(hào)控制時(shí)，其中流過(guò)的電流通常不會(huì)很大，所以這種情況下上管不容易損壞。但如果推挽電路用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，此時(shí)管子可能會(huì)流過(guò)較大電流，若輸入信號(hào)幅度較低，則上管的發(fā)熱量會(huì)很?chē)?yán)重。當(dāng)然，下 P 管同樣也存在發(fā)熱的隱患。因此，在設(shè)計(jì)推挽電路時(shí)，必須要充分考慮信號(hào)、電源及負(fù)載等因素。

上 P 下 N

上 P 下 N 型推挽電路的原理圖如下：

圖 5 上 P 下 N 型原理圖
從原理圖可以看出，該模型的輸出與輸入是反相的，即當(dāng)輸入為高時(shí)，輸出則為低。與上 N 下 P 模型對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，上 P 下 N 模型的三極管基極會(huì)串一個(gè)電阻，而上 N 下 P 在實(shí)際應(yīng)用中可以將其省略。上 P 下 N 模型中加這兩個(gè)電阻的目的是為了將上 P 管與下 N 管進(jìn)行信號(hào)隔離。假如不進(jìn)行信號(hào)隔離，從原理圖中可以知道，上 P 管的信號(hào)會(huì)影響下 N 管。

圖 6 去掉基極電阻會(huì)導(dǎo)致串通現(xiàn)象
從成本角度來(lái)看，上 P 下 N 型不具有優(yōu)勢(shì)。那么這兩個(gè)電阻能不能去掉呢？答案是否定的。如上圖所示，當(dāng) P 管導(dǎo)通時(shí)，其信號(hào)會(huì)流經(jīng) N 管，這時(shí)就會(huì)導(dǎo)致 P、N 管的串通問(wèn)題。所以該電阻不能省。在實(shí)際生產(chǎn)中，即使一個(gè)電阻的價(jià)格很低，但如果生產(chǎn)數(shù)量巨大，成本也會(huì)顯著增加。例如，一個(gè)電阻價(jià)格為 0.1 分，生產(chǎn)一千萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品，僅這兩個(gè)電阻就會(huì)使成本直接上升一萬(wàn)元。
另外，加了電阻并不意味著萬(wàn)事大吉。盡管加了電阻，還需要嚴(yán)格保證輸入端一直有信號(hào)且信號(hào)的幅值足夠高，否則一樣會(huì)導(dǎo)致串通問(wèn)題。即使能夠保證控制信號(hào)的幅值足夠高，當(dāng)信號(hào)進(jìn)行 “高 —— 低” 轉(zhuǎn)換時(shí)，必然會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換區(qū)間，這意味著在信號(hào)跳變時(shí)，依舊會(huì)存在串通的問(wèn)題。要，就要求控制信號(hào)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(méi)做出開(kāi)關(guān)反應(yīng)時(shí)，控制信號(hào)就已經(jīng)完成了信號(hào)轉(zhuǎn)換，以避免串通現(xiàn)象。

圖 7 信號(hào)轉(zhuǎn)換問(wèn)題
需要注意的是，上 P 下 N 模型只是在柵極型（即三極管模型）中存在諸多缺點(diǎn)，在場(chǎng)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)自己的興趣進(jìn)一步了解。

推挽電路信號(hào)流向

推挽電路的信號(hào)流向可以通過(guò)以下原理圖進(jìn)行說(shuō)明。

圖 8 推挽輸出模式
該圖中左邊是推挽輸出模式，其中比較器輸出高電平時(shí)，下面的 PNP 三極管截止，而上面 NPN 三極管導(dǎo)通，輸出電平 VS+；當(dāng)比較器輸出低電平時(shí)則恰恰相反，PNP 三極管導(dǎo)通，輸出和地相連，為低電平。右邊則可以理解為開(kāi)漏輸出形式，需要接上拉。
一個(gè)典型的推挽輸出電路如下：

圖 9 推挽輸出電路
當(dāng)，上面的 N 型三極管控制端有電流輸入，Q3 導(dǎo)通，于是電流從上往下通過(guò)，提供電流給負(fù)載。

圖 10 推挽輸出電路 - 推電流
經(jīng)過(guò)上面的 N 型三極管提供電流給負(fù)載（Rload），這就叫「推」。當(dāng) Vin 電壓為 V - 時(shí)，下面的三極管有電流流出，Q4 導(dǎo)通，有電流從上往下流過(guò)。

圖 11 推挽輸出電路 - 挽電流
經(jīng)過(guò)下面的 P 型三極管提供電流給負(fù)載（Rload），這就叫「挽」。以上就是推挽（push - pull）電路的工作原理。
綜上所述，在實(shí)際應(yīng)用中，上 N 下 P 型推挽電路由于其在信號(hào)相位、成本、穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢(shì)，往往更受青睞。下表總結(jié)了兩種模型的特點(diǎn)供大家參考：

圖 12 兩種模型特點(diǎn)總結(jié)
通過(guò)以上的對(duì)比，我們可以清楚地了解為什么 “上 N 下 P 型” 推挽電路會(huì)受到人們的 “偏愛(ài)”。同時(shí)，我們也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，上 P 下 N 模型在某些特定情況下，如采用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，也具有一定的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路要求，選擇合適的推挽電路結(jié)構(gòu)。