栅极型推挽电路不用上P下N的原因

在做信号控制以及驱动时，为了加快控制速度，经常要使用推挽电路。推挽电路可以由两种结构组成：分别是上P下N，以及上N下P。其原理图如下所示。  

  在平时中，我个人经常遇到的推挽电路是第一种。当我每次问身边的工程师：“为什么不选择使用第二种？第二种是上P下N型，这样的管子在实际中用起来，理论中比上N下P型更有优势呀。”但是实际中，从来也没有人正面地回答我，为什么不适用上P下N。或许很多人都会不屑去回答这个问题，但是这个问题确实是电子设计初学者几乎都会考虑的问题。今天我就捋一捋这个小问题。   先来看看上N下P型，从该原理图可以知道，其输出信号与输入信号的相位是相同的，即输入时高。输出就是高。但是根据N管的工作特点——N管的输出电压幅值=Vb=0.7V，所以改模型的输出幅值会受到输出信号的限制。所以这对输入信号的幅值要求比较苛刻，否则可能会导致后级的高电平信号不够高。  

  其输出的效果图如上图所示，可能细心的人会发现，当输入信号的高电平低于电源电压时，这意味着上N管的CE节将会承受较高的电压。这也就意味着上管将有着发热坏的风险。   这个结论是存在一定的道理的，但实际中，当推挽电路在做信号控制时，其中流过的电流并不会很大，所以这种情况下，上管也不容易坏。但是如果推挽电路用于驱动负载时，则此时的管子会流过大电流，此时若输入信号幅度较低，则上管的发热量真的会很严重。当然，当输入信号的低电平高于参考电压时，下P管也会存在同样的问题。  

  对于上P下N的模型，从原理图可以知道，该模型的输出与输出是反相的。即当输入为高时，输出则为低。   而实际的应用电路中，我们可以将其与上N下P模型进行对比。对比之后可以发现，上P下N模型的三极管基极会串了一个电阻，但是上N下P在实际应用中可以将其省略。上P下N模型中要加这两个电阻的原因是为了将上P管与下N管进行信号隔离。假如不进行信号隔离，从原理图中可以知道，上P管的信号其实是会影响下N管的。  

  从以上电路中可以知道，当P管导通时，其信号会流经N管，这时就会导致P、N管的串通问题。所以该电阻不能省。可能很多人觉得，加两个电阻没什么，但是如果放在实际生产中，假如一个电阻的价格为0.1分，则生产一千万个产品则意味着“因为这两个电阻，成本将直接地上升一万元。”   另外，我们往往以为加了一个电阻之后就万事大吉了，其实并不是。尽管加了电阻，我们还要严格保证输入端要一直有信号且其信号的幅值足够高，否则一样会导致串通问题。  

  但是，即使能够保证控制信号的幅值足够高，但是当信号在进行“高——低”转换的时候，其中必会经过一个信号的转换区间，这说明，在信号进行跳变时，依旧会存在串通的问题。要解决这个问题，就要求控制信号的压摆率远远大于三极管的导通时间（即在保证三极管还没做出开关反应时，控制信号就已经完成了信号转换，以避免串通现象）。  

  大家可以去查查通用三极管的开关时间，查完之后你或许就会发现，上P下N型推挽电路的要求未免也太苛刻了吧。  

综上所述，我们在实际的应用中往往会选择上N下P型。下表总结了两种模型的特点供大家参考：

上N下P模型	上P下N模型
输出与输入关系 相位关系：同相； 信号幅值关系：输出的幅值受到输出幅值的限制，输出幅值=输入幅值-0.7V（忽略P管的导通压降） 注意事项： 当输入信号的高电平低于电源电压时，上N管可能会发热严重；当输入信号的低电平高于参考电压时，下P管可能会发热严重	输出与输入关系 相位关系：反相； 信号幅值关系：当满足三极管的饱和导通条件时，输入与输出的关系不大； 注意事项： 1、两个三极管的基极需要串联一个电阻； 2、输入端需要一直存在控制信号，且控制信号的幅度要保证两三极管不会串通； 3、控制信号的压摆率要远大于三极管的开关速度，以防止在电平转换时出现串通现象。

当然，上P下N模型只是在栅极型（即三极管模型）中才会存在如此多的缺点，在场效应管（mos管）中还是很受欢迎的。具体原因大家可以根据自己的兴趣去了解。

编辑：黄飞