在说推挽电路之前,先讲一下射极跟随器,顾名思义,射极跟随器即为从发射极取信号(共集放大电路)。由于信号从基极输入,从发射极取出(发射极信号比基极小Vbe),所以他只有电流放大的能力,没有电压放大的能力。下图是三极管放大电路的三种接法的比较,其中有对射极跟随器(共集电路)的定义,下图节选自《模拟电子技术基础》第五版:
那么可以根据射极跟随器这一特点进行什么样的电路应用呢?主要就是扩流,例如下图,在UC2843的副边这个稳压管和三极管就是作为射极跟随器使用,通过三极管扩流,输出电压Vout= Vz(稳压管击穿电压) - Vbe:
亦或是和运算放大器结合,作为恒流源使用,本质上也是使用射极跟随器为运算放大器扩流(运算放大器的输出电流有限):
或者是在低成本的光电转换应用中,使用射极跟随器放大光电流:
以上均是射极跟随器的应用,那么这样再看推挽输出电路,是不是就有点眼熟了呢?是不是推挽就是一个NPN型的射极跟随加上一个PNP型的射极跟随!那么例如下图,输入为一个5V频率为10HZ的方波,假设Vbe=0.7V,那么请问输出波形是什么(不考虑RC滤波)?
A. 0-12V方波 B, 0.7-11.3V方波 C. 5V方波 D. 0.7-4.3V方波
正确答案是D,输出是0.7V~4.3V的方波信号
通过仿真可以验证这一个想法,仿真结果如下,因为电容C1上的电放到接近VINmin+Vbe时下管Q2就截止了,所以输出波形最小为0.65V左右;当电容C1上的电充到VINmax-Vbe时上管Q1就截止了,所以最大值为4.3V左右。所以说推挽的输出信号就是跟随输入信号的,即推挽就是两个射极跟随器的结合。当V2为高电平时,上管Q1导通,负载充电,电流路径如下图所示,蓝色为基极电流Ib,红色路径为集电极电流Ic,其中Ic = β*Ib。当负载充电到5V-Vbe时(忽略R1上的压降),上管截止,所以输出最大值为4.3V左右。
当V2为低电平时,下管Q2导通,负载放电,电流路径如下图所示,蓝色为基极电流Ib,红色路径为集电极电流Ic,其中Ic = β*Ib。当负载放电到0V+Vbe时(忽略R1上的压降),下管截止,所以输出最小值为0.7V左右。
那么如果删掉下管会发生什么呢?可以发现删掉下管Q2后,电路失去了吸纳电流的能力,只有了输出电流的能力(推挽的上管负责输出电流,下管负责吸纳电流),仿真结果如下图所示:
这一点在杨建国老师的《你好,放大器》的后面章节有所提及,之前也引入过一次相关的思考,其实一些LDO的输出形式也是这种NPN型的射极输出,所以其也不具备吸纳电流的能力。
所以说要记住,NPN型的射极跟随器只具备输出电流的能力,不具备吸纳电流的能力。而PNP型的射极跟随器只具备吸纳电流的能力,不具备输出电流的能力。
那么如何让其输出为B选项的0.7V~11.3V的方波呢?其实也很简单,只需要将V1方波信号改为12V的输入即可,或者就是再增加一个三极管做电平转化。不过这样做会对上下管带来什么样的不同呢?
那么就是他会造成上下管的输出和吸纳电流的能力略微不那么对称。因为增加一级Q3电平转化电路后,上管Q1射极跟随器的基极驱动电流是通过电阻R4和电阻R2的串联提供的(2k),而下管的Q2的基极驱动电流是通过点故障R2和Q3导通后的Vce提供的。
所以说,Q3的上拉电阻R4的取值不能太大,因为R4的大小直接关系到推挽输出上管Q1的基极电流Ib,(R1对上管和下管都有影响)。例如下图,对R4进行.step指令对其从10k到100k扫描,间隔30k,输出结果如下,可以看到,随着R3的增加,波形上升的越缓慢,因为R4限制了上管Q1的输出能力: