Erläuterung zur Verwendung von 2 Transistoren als Schalter erforderlich

Es wird empfohlen, das folgende Design zu verwenden, um eine Last mit einem Mikrocontroller anzutreiben. Ich würde gerne wissen, warum es notwendig ist, 2 Transistoren (n-ch und p-ch) als Schalter zu verwenden und nicht nur einen?

Ich habe über Google und Youtube gesucht und die meisten Seiten verwendeten einen Transistor (meistens n-ch), um einen Wechsel vorzunehmen, wie diese Seite:

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_7.html

Könnten Sie mir bitte die Vor- oder Nachteile eines solchen Designs (2 Transistoren) gegenüber Ein-Transistor-Schaltern erklären?

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

transistors switches

— Nima Sajedi
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Die digitale E / A-Spannung, wissen Sie, was es ist? Ich stelle mir vor, es ist weniger als 5V.

— DiBosco

es hängt davon ab, ob ich es an Arduino nano anschließe, es wären 5 V, wenn ich es an Arduino MKRFox1200 anschließe, wären es 3,3 V. aber dieses Schema funktioniert gut mit beiden. Für Transistoren habe ich NDP6020P als P-Kanal und IRL1540N als N-Kanal mit niedrigem VGS (th) verwendet. Anstelle von 10K-Widerständen habe ich 100K-Widerstände verwendet.

— Nima Sajedi

N-ch ist IRLI540N und das Datenblatt ist über infineon.com/dgdl/…

— Nima Sajedi

Der Artikel, auf den Sie verweisen, befasst sich mit High- und Low-Sided-Schaltkreisen. Verstehst du den Unterschied zwischen High- und Low-Sided-Fahren? Verstehen Sie, wie ein p-Typ-FET im Vergleich zu einem n-Typ ein- und ausgeschaltet wird und wie die beiden verschiedenen Arten von FETs Lasten ansteuern?

— DiBosco

Siehe auch diese Antwort:

— Nick Alexeev

Antworten:

Wenn der digitale Signalhub die vollen 5 V beträgt, können Sie nur den endgültigen P-Kanal-FET verwenden.

Der Vorteil der Zwei-Transistor-Schaltung besteht darin, dass die zu schaltende Netzspannung und die Netzspannung des digitalen Signals nicht gleich sein müssen. Die von Ihnen gezeigte Schaltung würde funktionieren, wenn die Netzspannung bis zur maximalen GS-Spannung reicht, die der zweite FET verarbeiten kann.

— Olin Lathrop
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Vielen Dank, Olin. Kann ich daraus schließen, dass alle Ein-Transistor-Schaltkreise die gleiche Spannung an VSS (die geschaltet werden soll) und den gleichen Signalspannungspegel (in diesem Fall GPIO-Pin) haben?

— Nima Sajedi

@Nima: Wie Sie zeigen, würden Sie für einen High-Side-Schalter im Allgemeinen nur einen einzigen Transistor verwenden, wenn sich der logische Pegelhub auf die zu schaltende Leistungsspannung erstreckt. Andernfalls kann der Transistor nicht zuverlässig ausgeschaltet werden.

— Olin Lathrop

Dies ist ein Schalter auf der Oberseite. Die meisten Schaltkreise, die Sie wahrscheinlich gesehen haben, sind Schalter auf der Unterseite. Durch das Umschalten auf der Oberseite werden einige interessante Probleme hinzugefügt, die für diese Anwendung einzigartig sind. Daher gibt es zahlreiche Gründe für den von Ihnen angegebenen zweistufigen Schalter. Die beiden wichtigsten sind:

Selbst wenn die geschaltete Spannung mit Ihrer logischen Versorgungsspannung übereinstimmt, kann die logische Ausgangsspannung mit hohem Pegel erheblich niedriger sein als die Schiene. Dies kann zu einem inkonsistenten Schalten eines einzelnen P-Kanal-MOSFET führen.
Das Gate eines MOSFET ist im Grunde ein Kondensator, und da der P-Kanal-MOSFET zum Ausschalten auf diesen Pull-up-Widerstand angewiesen ist, muss die Größe dieses Pull-up relativ klein sein, wenn Sie diese Leistung schnell umschalten müssen . Daher kann der Strom, den Sie benötigen, um bei eingeschaltetem N-Kanal durch das Pull-up nach unten ziehen zu können, viel höher sein, als Ihr GPIO sinken kann.

Zusätzliche Vorteile

Mit der zweistufigen Steuerung können Sie auch eine viel höhere Spannung an die Last als an die Logikversorgung schalten. Theoretisch können Sie mit einem zweistufigen Treiber auf das Vds-Maximum des P-Channel-Geräts umschalten. Die Schaltung müsste jedoch modifiziert werden, um die Spannung am Gate des P-Kanals auf unter Vgs_max zu begrenzen. Ferner ist das Schalten von sehr hohen Spannungen von oben im Allgemeinen problematisch.
Durch die Verwendung eines Kleinsignal-N-Kanals für das erste Gerät können Sie die kapazitive Belastung des GPIO-Pins erheblich reduzieren. Dies reduziert die Belastung des letzteren und hält Ihre Logikversorgung weniger "verrauscht".

— Trevor_G
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Zusätzlich zu Ihrer Antwort ist meine Erfahrung in der Industrie (zumindest in Großbritannien), dass diese üblicherweise als "High-Side-Treiber" und "Low-Side-Treiber" bezeichnet werden, die häufig mit "HSD / LSD" abgekürzt werden.

— Graham

Als Ergänzung zur Antwort von @ OlinLathrop besteht der andere Unterschied zwischen dem P-Kanal-FET (mit oder ohne den zusätzlichen N-Kanal-FET) und dem in Ihrem Link gezeigten N-Kanal-FET darin, dass der P-Kanal ein High-Kanal ist Seitenschalter (schaltet den Vcc auf die Last um), während der N-Kanal ein Low-Side-Schalter ist (schaltet die Masse auf die Last um).

Für einfache Lasten ohne zusätzliche E / A wie LEDs, Motoren usw. ist der Low-Side-Schalter in Ordnung. Bei Lasten mit E / A, die an separat versorgte Stromkreise wie andere Mikrocontroller oder Sensoren angeschlossen sind, wird im Allgemeinen bevorzugt, die Masse angeschlossen zu halten und einen High-Side-Schalter zu verwenden.

— DoxyLover
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