CN109656298B - 一种推挽输出电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种推挽输出电路，包括：第一模块和第二模块；所述第一模块包括两个相同的NOMS场效应管，输入信号分别输入至所述第一模块的该两个相同的NOMS场效应管，用于将所述输入信号分离为两个相同的信号，且所述第一模块将该两个相同的信号分别输入至所述第二模块；所述第二模块为推挽输出电路，包括两个不同极性的晶体管，用于实现轨到轨输出。本发明适用于输入驱动电流小，输出要求轨到轨，工作电压较宽，输出驱动电流大的场合。且对本发明的一种推挽输出电路单独进行集成，可以生成输出驱动芯片。
Description
技术领域
本发明涉及推挽电路技术领域，尤其是一种推挽输出电路，用于实现轨到轨输出。
背景技术
常用的推挽输出电压为供电电源的电压减去一个PN结电压，而轨到轨输出为供电电源的电压减去一个大约不到100mV的电压，因此，常用的推挽输出电路不能实现轨到轨输出，且目前还没有单独的实现轨到轨输出的集成输出驱动芯片。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种推挽输出电路，适用于输入驱动电流小，输出要求轨到轨，工作电压较宽，输出驱动电流大的场合。且对本发明的一种推挽输出电路单独进行集成，可以生成输出驱动芯片。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种推挽输出电路，所述推挽电路包括：第一模块和第二模块；
所述第一模块包括两个相同的NOMS场效应管，输入信号分别输入至所述第一模块的该两个相同的NOMS场效应管，用于将所述输入信号分离为两个相同的输出信号，且所述第一模块将该两个相同的输出信号分别输入至所述第二模块；
所述第二模块为推挽输出电路，用于实现轨到轨输出。
所述第一模块的元器件包括：电阻R1、电阻R2，以及两个相同的NOMS场效应管即Q1:A和Q1:B，其中，
所述Q1:A的栅极G与所述输入端Vin相连接；所述Q1:A的源极S接地；所述Q1:A的漏极与所述电阻R1相连接；
所述电阻R1的一端与所述Q1:A的漏极D相连接，另一端与电源Vcc1相连接；
所述Q1:B的栅极G也与所述输入端Vin相连接；所述Q1:B的源极S接地；所述Q1:B的漏极与所述电阻R2相连接；
所述电阻R2的一端与所述Q1:B的漏极D相连接，另一端与电源Vcc2相连接；
所述第二模块的元器件包括：电阻R3、电阻R4、电阻R5，以及两个不同极性的晶体管即Q2:A和Q2:B。其中，
所述Q2:A为PNP三极管或PMOS场效应管，用于高端驱动；所述Q2:B相应的为NPN三级管或NMOS场效应管，用于低端驱动；
所述Q2:A的基极B与所述电阻R3相连接；所述Q2:A的发射极E与电源Vcc3相连接；所述Q2:A的集电极C与所述电阻R4相连接；
所述电阻R3的一端与所述Q2:A的基极B相连接，另一端与所述Q1:A的漏极D相连接；
所述电阻R4一端与所述Q2:A的集电极C相连接；所述电阻R4的另一端既与所述电阻R5相连接，且所述电阻R4的另一端还与输出端Vout相连接；
所述电阻R5的一端与所述Q2:B的集电极C相连接；所述电阻R5另一端既与所述电阻R4相连接，且所述电阻R5的该另一端还与输出端Vout相连接；
所述Q2:B的基极B与所述Q1:B的漏极D相连接；所述Q2:B的发射极E接地；所述Q2:B的集电极C与所述电阻R5相连接。
所述电阻R1用于保证Q2:A能可靠截止，所述电阻R1的阻值为大于或等于10千欧。
所述电阻R2和所述电阻R3的阻值相等，用于保证Q2:A的基极B和Q2:B的基极B均能获得相同大小的偏流；
所述电阻R4和所述电阻R5的阻值相等，用于保证输出信号的一致性。
所述Q1:A和所述Q1:B的型号均为FDC6561；
所述Q2:A和所述Q2:B的型号均为HN1B01FDW1T。
电源Vcc1、电源Vcc2、电源Vcc3均作为电路的供电电源，且采用同一个供电电压为Vcc的供电电源。
本发明的优点在于：
本发明适用于输入驱动电流小，输出要求轨到轨，工作电压较宽，输出驱动电流大的场合。且对本发明的一种推挽输出电路单独进行集成，可以生成输出驱动芯片。
附图说明
图1为本发明的一种推挽输出电路的电路图。
具体实施方式
下面将结和本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由图1所示，一种推挽输出电路分为两部分，即分为第一模块和第二模块；将输入端Vin输入至所述第一模块；所述第一模块用于将所述输入端Vin的输入信号分离为两个相同的信号，且将该两个相同的信号分别输入至所述第二模块；所述第二模块为推挽输出电路，用于实现轨到轨输出。
所述第一模块的元器件包括：电阻R1、电阻R2，以及两个相同的NOMS场效应管即Q1:A和Q1:B。其中，
所述Q1:A的栅极G与所述输入端Vin相连接；所述Q1:A的源极S接地；所述Q1:A的漏极与所述电阻R1相连接；
所述电阻R1的一端与所述Q1:A的漏极D相连接，另一端与电源Vcc1相连接；
所述Q1:B的栅极G也与所述输入端Vin相连接；所述Q1:B的源极S接地；所述Q1:B的漏极与所述电阻R2相连接；
所述电阻R2的一端与所述Q1:B的漏极D相连接，另一端与电源Vcc2相连接。
所述第二模块的元器件包括：电阻R3、电阻R4、电阻R5，以及两个不同极性的晶体管即Q2:A和Q2:B。其中，
所述Q2:A为PNP三极管或PMOS场效应管，用于高端驱动；所述Q2:B为NPN三级管或NMOS场效应管，用于低端驱动；本实施例中，所述Q2:A采用PNP三极管，所述Q2:B采用NPN三极管；
所述Q2:A的基极B与所述电阻R3相连接；所述Q2:A的发射极E与电源Vcc3相连接；所述Q2:A的集电极C与所述电阻R4相连接；
所述电阻R3的一端与所述Q2:A的基极B相连接，另一端与所述Q1:A的漏极D相连接；
所述电阻R4一端与所述Q2:A的集电极C相连接；所述电阻R4的另一端既与所述电阻R5相连接，且所述电阻R4的另一端还与输出端Vout相连接；
所述电阻R5的一端与所述Q2:B的集电极C相连接；所述电阻R5另一端既与所述电阻R4相连接，且所述电阻R5的该另一端还与输出端Vout相连接；
所述Q2:B的基极B与所述Q1:B的漏极D相连接；所述Q2:B的发射极E接地；所述Q2:B的集电极C与所述电阻R5相连接。
电源Vcc1、电源Vcc2、电源Vcc3均为电路的供电电源，且电路的供电电压均为Vcc，在实际过程中，采用一个电压为Vcc的供电电源即可，将该一个供电电源分别作为电源Vcc1、电源Vcc2、电源Vcc3；
供电电源的一端分别连接至本发明的电路中，即向电路供电；且供电电源还连接电容C1后再接地，用于给输出提供瞬间的工作电流，减小电源纹波。本实施例中，供电电源的电压Vcc为5V，电容C1为0.1uF。
电阻R1用于保证Q2:A能可靠截止，本发明的电阻R1与Q1:A和Q2:A有关，其阻值可选择几千欧姆到几十千欧姆，本实施例中，电阻R1的阻值为10千欧。
电阻R2和电阻R3的阻值相同，用于保证Q2:A的基极B和Q2:B的基极B均能获得相同大小的偏流，其阻值根据输出要求确定，本实施例中，电阻R2和电阻R3的阻值为4.7千欧。
电阻R4和电阻R5的阻值相同，用于保证输出信号的一致性，其阻值与输出电流、输出电压的要求均相关，本实施例中，电阻R4和电阻R5的阻值为33欧。
所述第一模块中的两个相同的NOMS场效应管即Q1:A和Q1:B的开启电压均为Vgs，本实施例中，Q1:A和Q1:B的型号均为FDC6561，生产公司为安森美。
本实施例中，Q2:A和Q2:B的型号均为HN1B01FDW1T，生产公司为安森美。
本发明的电路设计和各个元器件选择的依据为：元器件本身必须具有结电容低，相关元器件即三极管的功率满足输出要求，工作频率满足开关频率要求。
本发明的一种推挽输出电路的工作原理如下所示：
当输入端Vin的输入信号的电压Vi为高电平，且Vi>Vgs时，则Q1:A和Q1:B均为导通；
其中，当Q1:B导通时，则Q1:B的漏极D对地的电压几乎为零，因此，Q2:B的BE结由于没有偏置而截止。
当Q1:A导通时，则Q1:A的漏极D对地的电压几乎为零，因此，Q2:A的BE结存在偏置电流，即电源Vcc3的电流Vcc经Q2：A的BE结，再经电阻R3到达Q1:A的漏极D，最后经Q1:A的源极S到地，从而形成回路，故Q2:A导通，输出端Vout的输出信号为高电平，且输出电压Vo如下式1所示：
Vo＝Vcc-Vce1-Io×R； (式1)
其中，Io为输出电流；R为电阻R4的阻值；Vcc为电路的供电电压；Vce1表示PNP三极管即Q2:A导通时的压降，具体过程中，选择压降小的PNP三极管，使得在计算时，将Vce的大小忽略不计。
当输入端Vin的电压Vi为低电平，且Vi<Vgs时，则Q1:A和Q1:B均为截止；
其中，当Q1:A截止时，则Q2:A的基极B电压被电源Vcc1经电阻R1和电阻R3上拉至Vcc，导致Q2:A的发射极E和基极B两端的电压相同即均为Vcc，从而导致Q2:A截止。
当Q1:B截止时，则Q2:B的BE结存在偏置电流，即电源Vcc2的电流经电阻R2到达Q2:B的基极B，再经Q2:B的BE结到地，从而形成回路，故Q2:B导通，Q2:B的CE结形成低阻输出，输出端Vout的输出信号为低电平，且输出电压Vo如下式2所示：
Vo＝Vce2+Io×R； (式2)
其中，Io为输出电流；R为电阻R5的阻值，且电阻R5的阻值等于电阻R4的阻值；Vcc为电路的供电电压；Vce2表示NPN三极管即Q2:B导通时的压降，具体过程中，选择压降小的三极管，使得在计算时，将Vce的大小忽略不计。
本实施例中，Vcc＝5V；在25℃条件下，在Ice为2mA时，PNP三极管即Q2:A导通时的压降Vce1＝0.028V，NPN三极管即Q2:B导通时的压降Vce2＝0.026V；R4＝33Ω，Io＝2mA，
式1：
Vo＝Vcc-Vce1-Io×R
＝5V-0.028V-2mA×33Ω
≈4.9V
式2：
Vo＝Vce2+Io×R；
＝0.026V+2mA×33Ω
≈0.09V
则输出满足轨到轨要求。
正常的推挽输出电压为供电电源的电压Vcc减去一个PN结电压，而轨到轨输出则为供电电源的电压Vcc减去一个大约不到100mV的电压。
本发明的一种推挽输出电路，由于该电路的输入端为NMOS管，而NMOS管属于电压控制型，所以输入的驱动基本上不需要工作电流，故适用于输入驱动电流小，输出要求轨到轨，工作电压较宽，输出驱动电流大的场合。
以及，对本发明的一种推挽输出电路单独进行集成，可以生成输出驱动芯片。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种推挽输出电路，其特征在于，包括：第一模块和第二模块；
所述第一模块包括两个相同的NMOS场效应管，输入信号分别输入至所述第一模块的该两个相同的NMOS场效应管，用于将所述输入信号分离为两个相同的输出信号，且所述第一模块将该两个相同的输出信号分别输入至所述第二模块；
所述第二模块为推挽输出电路模块，用于实现轨到轨输出；
所述第一模块的元器件包括：电阻R1、电阻R2，以及两个相同的NMOS场效应管即Q1:A和Q1:B，其中，
所述Q1:A的栅极G与输入端Vin相连接；所述Q1:A的源极S接地；所述Q1:A的漏极与所述电阻R1相连接；
所述电阻R1的一端与所述Q1:A的漏极D相连接，另一端与电源Vcc1相连接；
所述Q1:B的栅极G也与所述输入端Vin相连接；所述Q1:B的源极S接地；所述Q1:B的漏极与所述电阻R2相连接；
所述电阻R2的一端与所述Q1:B的漏极D相连接，另一端与电源Vcc2相连接；
所述第二模块的元器件包括：电阻R3、电阻R4、电阻R5，以及两个不同极性的晶体管即Q2:A和Q2:B；其中，
所述Q2:A为PNP三极管，用于高端驱动；所述Q2:B相应的为NPN三极管，用于低端驱动；
所述Q2:A的基极B与所述电阻R3相连接；所述Q2:A的发射极E与电源Vcc3相连接；所述Q2:A的集电极C与所述电阻R4相连接；
所述电阻R3的一端与所述Q2:A的基极B相连接，另一端与所述Q1:A的漏极D相连接；
所述电阻R4一端与所述Q2:A的集电极C相连接；所述电阻R4的另一端既与所述电阻R5相连接，且所述电阻R4的另一端还与输出端Vout相连接；
所述电阻R5的一端与所述Q2:B的集电极C相连接；所述电阻R5另一端既与所述电阻R4相连接，且所述电阻R5的该另一端还与输出端Vout相连接；
所述Q2:B的基极B与所述Q1:B的漏极D相连接；所述Q2:B的发射极E接地；所述Q2:B的集电极C与所述电阻R5相连接；
所述电阻R1用于保证Q2:A能可靠截止；
所述电阻R2和电阻R3的阻值相同，用于保证Q2:A的基极B和Q2:B的基极B均能获得相同大小的偏流；
所述电阻R4和电阻R5的阻值相同，用于保证输出信号的一致性；
所述电阻R1的阻值为大于或等于10千欧；
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