MOSFET：開(kāi)漏輸出與推挽輸出解析-KIA MOS管

開(kāi)漏輸出與推挽輸出

推挽輸出（Push-Pull Output）

推挽輸出結構是由兩個(gè)MOS或者三極管收到互補控制的信號控制，兩個(gè)管子時(shí)鐘一個(gè)在導通，一個(gè)在截止，如圖1所示：

MOS，推挽輸出

推挽輸出的最大特點(diǎn)是可以真正能真正的輸出高電平和低電平，在兩種電平下都具有驅動(dòng)能力。

補充說(shuō)明：所謂的驅動(dòng)能力，就是指輸出電流的能力。對于驅動(dòng)大負載（即負載內阻越小，負載越大）時(shí)，例如IO輸出為5V，驅動(dòng)的負載內阻為10ohm，于是根據歐姆定律可以正常情況下負載上的電流為0.5A（推算出功率為2.5W）。顯然一般的IO不可能有這么大的驅動(dòng)能力，也就是沒(méi)有辦法輸出這么大的電流。

于是造成的結果就是輸出電壓會(huì )被拉下來(lái)，達不到標稱(chēng)的5V。當然如果只是數字信號的傳遞，下一級的輸入阻抗理論上最好是高阻，也就是只需要傳電壓，基本沒(méi)有電流，也就沒(méi)有功率，于是就不需要很大的驅動(dòng)能力。

對于推挽輸出，輸出高、低電平時(shí)電流的流向如圖 2所示。所以相比于后面介紹的開(kāi)漏輸出，輸出高電平時(shí)的驅動(dòng)能力強很多。

MOS，推挽輸出

但推挽輸出的一個(gè)缺點(diǎn)是，如果當兩個(gè)推挽輸出結構相連在一起，一個(gè)輸出高電平，即上面的MOS導通，下面的MOS閉合時(shí)；同時(shí)另一個(gè)輸出低電平，即上面的MOS閉合，下面的MOS導通時(shí)。

電流會(huì )從第一個(gè)引腳的VCC通過(guò)上端MOS再經(jīng)過(guò)第二個(gè)引腳的下端MOS直接流向GND。整個(gè)通路上電阻很小，會(huì )發(fā)生短路，進(jìn)而可能造成端口的損害。這也是為什么推挽輸出不能實(shí)現" 線(xiàn)與"的原因。

開(kāi)漏輸出（Open Drain Output）

常說(shuō)的與推挽輸出相對的就是開(kāi)漏輸出，對于開(kāi)漏輸出和推挽輸出的區別最普遍的說(shuō)法就是開(kāi)漏輸出無(wú)法真正輸出高電平，即高電平時(shí)沒(méi)有驅動(dòng)能力，需要借助外部上拉電阻完成對外驅動(dòng)。

下面就從內部結構和原理上說(shuō)明為什么開(kāi)漏輸出輸出高電平時(shí)沒(méi)有驅動(dòng)能力，以及進(jìn)一步比較與推挽輸出的區別。

首先需要介紹一下開(kāi)漏輸出和開(kāi)集輸出。這兩種輸出的原理和特性基本是類(lèi)似的，區別在于一個(gè)是使用MOS管，其中的"漏"指的就是MOS管的漏極；另一個(gè)使用三極管，其中的"集"指的就是MOS三極管的集電極。

這兩者其實(shí)都是和推挽輸出相對應的輸出模式，由于使用MOS管的情況較多，很多時(shí)候就用"開(kāi)漏輸出"這個(gè)詞代替了開(kāi)漏輸出和開(kāi)集輸出。

介紹就先從開(kāi)集輸出開(kāi)始，其原理電路結如圖 3所示。

MOS，推挽輸出

圖 3邊的電路是開(kāi)集（OC）輸出最基本的電路，當輸入為高電平時(shí)，NPN三極管導通，Output被拉到GND，輸出為低電平；當輸入為低電平時(shí)，NPN三極管閉合，Output相當于開(kāi)路（輸出高阻）。高電平時(shí)輸出高阻（高阻、三態(tài)以及floating說(shuō)的都是一個(gè)意思），此時(shí)對外沒(méi)有任何的驅動(dòng)能力。

這就是開(kāi)漏和開(kāi)集輸出最大的特點(diǎn)，如何利用該特點(diǎn)完成各種功能稍后介紹。這個(gè)電路雖然完成了開(kāi)集輸出的功能，但是會(huì )出現input為高，輸出為低；input為低，輸出為高的情況。

圖 3右邊的電路中多使用了一個(gè)三極管完成了"反相"。當輸入為高電平時(shí)，第一個(gè)三極管導通，此時(shí)第二個(gè)三極管的輸入端會(huì )被拉到GND，于是第二個(gè)三極管閉合，輸出高阻；當輸入為低電平時(shí)，第一個(gè)三極管閉合，此時(shí)第二個(gè)三極管的輸入端會(huì )被上拉電阻拉到高電平，于是第二個(gè)三極管導通，輸出被拉到GND。這樣，這個(gè)電路的輸入與輸出是同相的了。

接下來(lái)介紹開(kāi)漏輸出的電路，如圖4所示。原理與開(kāi)集輸出基本相同，只是將三極管換成了MOS而已。

MOS，推挽輸出

接著(zhù)說(shuō)說(shuō)開(kāi)漏、開(kāi)集輸出的特點(diǎn)以及應用，由于兩者相似，后文中若無(wú)特殊說(shuō)明，則用開(kāi)漏表示開(kāi)漏和開(kāi)集輸出電路。

1.開(kāi)漏輸出最主要的特性就是高電平?jīng)]有驅動(dòng)能力，需要借助外部上拉電阻才能真正輸出高電平，其電路如圖5所示。

MOS，推挽輸出

當MOS管閉合時(shí)，開(kāi)漏輸出電路輸出高電平，且連接著(zhù)負載時(shí)，電流流向是從外部電源，流經(jīng)上來(lái)電阻RPU，流進(jìn)負載，最后進(jìn)入GND。

1.開(kāi)漏輸出的這一特性一個(gè)明顯的優(yōu)勢就是可以很方便的調節輸出的電平，因為輸出電平完全由上拉電阻連接的電源電平?jīng)Q定。所以在需要進(jìn)行電平轉換的地方，非常適合使用開(kāi)漏輸出。

2.開(kāi)漏輸出的這一特性另一個(gè)好處在于可以實(shí)現"線(xiàn)與"功能，所謂的"線(xiàn)與"指的是多個(gè)信號線(xiàn)直接連接在一起，只有當所有信號全部為高電平時(shí)，合在一起的總線(xiàn)為高電平；只要有任意一個(gè)或者多個(gè)信號為低電平，則總線(xiàn)為低電平。而推挽輸出就不行，如果高電平和低電平連在一起，會(huì )出現電流倒灌，損壞器件。

MOS，推挽輸出