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(jié)構(gòu)是由兩個(gè)MOS或者三極管收到互補(bǔ)控制的信號(hào)控制，兩個(gè)管子時(shí)鐘一個(gè)在導(dǎo)通，一個(gè)在截止，如圖1所示：

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(qū)動(dòng)能力。

補(bǔ)充說(shuō)明：所謂的驅(qū)動(dòng)能力，就是指輸出電流的能力。對(duì)于驅(qū)動(dòng)大負(fù)載（即負(fù)載內(nèi)阻越小，負(fù)載越大）時(shí)，例如IO輸出為5V，驅(qū)動(dòng)的負(fù)載內(nèi)阻為10ohm，于是根據(jù)歐姆定律可以正常情況下負(fù)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(qū)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(jié)果就是輸出電壓會(huì)被拉下來(lái)，達(dá)不到標(biāo)稱的5V。當(dāng)然如果只是數(shù)字信號(hào)的傳遞，下一級(jí)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(qū)動(dòng)能力。

對(duì)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(qū)動(dòng)能力強(qiáng)很多。

但推挽輸出的一個(gè)缺點(diǎn)是，如果當(dāng)兩個(gè)推挽輸出結(jié)構(gòu)相連在一起，一個(gè)輸出高電平，即上面的MOS導(dǎo)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(dǎo)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(xiàn)" 線與"的原因。

開(kāi)漏輸出（Open Drain Output）

常說(shuō)的與推挽輸出相對(duì)的就是開(kāi)漏輸出，對(duì)于開(kāi)漏輸出和推挽輸出的區(qū)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(qū)動(dòng)能力，需要借助外部上拉電阻完成對(duì)外驅(qū)動(dòng)。

下面就從內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)能力，以及進(jìn)一步比較與推挽輸出的區(qū)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似的，區(qū)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(duì)應(yīng)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(jié)如圖 3所示。

圖 3邊的電路是開(kāi)集（OC）輸出最基本的電路，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，NPN三極管導(dǎo)通，Output被拉到GND，輸出為低電平；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，NPN三極管閉合，Output相當(dāng)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(duì)外沒(méi)有任何的驅(qū)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(xiàn)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(dāng)輸入為高電平時(shí)，第一個(gè)三極管導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)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。

接著說(shuō)說(shuō)開(kāi)漏、開(kāi)集輸出的特點(diǎn)以及應(yīng)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(qū)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。

當(dāng)MOS管閉合時(shí)，開(kāi)漏輸出電路輸出高電平，且連接著負(fù)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(fù)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(shì)就是可以很方便的調(diào)節(jié)輸出的電平，因?yàn)檩敵鲭娖酵耆缮侠娮柽B接的電源電平?jīng)Q定。所以在需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)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(xiàn)"線與"功能，所謂的"線與"指的是多個(gè)信號(hào)線直接連接在一起，只有當(dāng)所有信號(hào)全部為高電平時(shí)，合在一起的總線為高電平；只要有任意一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)為低電平，則總線為低電平。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(xiàn)電流倒灌，損壞器件。

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