Schalten eines Stroms mit einem NPN-Transistor und einem P-MOSFET

Ich lerne nur etwas über Transistoren und versuche klar zu verstehen, wie man sie für das grundlegende Schalten anwendet, und zwar in Bezug auf die beiden Standardfälle, dh Active HIGH-Verhalten und Active LOW-Verhalten. Für den Fall Active LOW habe ich immer noch Probleme.

Angenommen, eine einfache Schaltung, bei der ich einen beliebigen 1-Ampere-Strom basierend auf dem Status eines digitalen Signals schalten möchte, und ich möchte ein aktives NIEDRIGES Verhalten (dh der Strom sollte fließen, wenn das digitale Signal NIEDRIG ist).

Ich wäre an einem kurzen Feedback interessiert, ob meine unten gezeichnete Schaltung das oben Gesagte erreichen würde oder ob sie weiter verbessert / vereinfacht werden kann.

Anmerkungen : Q1 ist ein NPN-Transistor und M1 ist ein P-MOSFET. Und ich habe einen 10K-Wert-Widerstand für R2 gewählt, weil schnelles Schalten nicht kritisch ist, aber ich würde auch Meinungen dazu begrüßen.

BEARBEITEN: Die folgenden Schaltkreise enthalten die erste Überarbeitung, die auf den Vorschlägen von @ ThePhoton basiert.

Methode A:

EIN

Methode B:

(Unten ist meine ursprüngliche, fehlerhafte Methode vor der ersten Überarbeitung :) Orig

— Brettbiss
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@PhilFrost: Notiert und überarbeitet. In diesem Sinne glaube ich übrigens, dass CircuitLab einen Fehler in der Standardbenennung der MOSFET-Symbole hat.

— Boardbite

Das ist komisch. Jetzt zweifle ich an mir. Vielleicht habe ich meinen Kopf getroffen.

— Phil Frost

@PhilFrost, ich habe jetzt den Überblick verloren, welche Version was ist, aber was ich jetzt in der Frage sehe, hat in beiden Diagrammen das falsche Symbol.

— Das Photon

@ ThePhoton: Du hast recht. Ich vergesse, dass die Pfeile mit dem zweibeinigen Geschmack des Symbols in die andere Richtung gehen.

— Phil Frost

Vergessen Sie Elektronen und Löcher und versuchen Sie zu vergessen, was ich über Symbole gesagt habe. Ich lag falsch. Ein N-Kanal-MOSFET ist eingeschaltet, wenn die Gate-Spannung höher als die Source ist und die Source-Spannung normalerweise niedriger als die Drain-Spannung ist. Ein P-Kanal-MOSFET ist eingeschaltet, wenn die Gate-Spannung niedriger als die Source- Spannung ist und die Drain-Spannung normalerweise niedriger als die Source-Spannung ist.

— Phil Frost

Antworten:

Sie können einfach das PMOS verwenden und einen Pin verwenden, der vom Ausgang auf niedrige Impedanz (z. B. Eingang) umgeschaltet wird, um es ein- / auszuschalten:

Aktiver Low-Schalter

Der 10kΩ-Widerstand hält den FET aus, wenn das EIN-AUS-Signal schwebend bleibt (dh Ihr Pin ist ein Eingang / eine hohe Impedanz).
Wenn der Pin niedrig angesteuert wird, wird das Gate auf Masse gezogen und der FET eingeschaltet. Sie müssen sicherstellen, dass der von Ihnen verwendete P-ch-MOSFET einen angemessen niedrigen V _{gs (th) aufweist} (Spannungsschwelle einschalten - einige können ziemlich hoch sein), damit Sie einen MOSFET mit "Logikpegel" wünschen.

Simulation:

Aktive Low-Switch-Simulation

— Oli Glaser
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Wenn der Eingang hoch ist, wird der Basis-Emitter-Übergang von Q1 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Dadurch fließt in Q1 ein großer Kollektorstrom, und die Kollektorspannung ist nahezu geerdet (ca. 0,2 V für die meisten Transistoren - siehe Datenblatt).

In diesem Fall wird das Gate von M1 schnell durch Q1 nach unten gezogen. Das Gate von M1 befindet sich in Bodennähe, während die Quelle mit Vcc verbunden ist. Ein P-Kanal-MOSFET ist eingeschaltet, wenn das Gate um einen im Datenblatt angegebenen Schwellenwert niedriger als die Quelle ist. M1 ist jetzt eingeschaltet und praktisch ein kleiner Widerstand (siehe $R_{ds_on}$ im Datenblatt).

Jetzt ist der digitale Eingang hoch und der Ausgang ist effektiv mit Vcc verbunden. Dies ist das Gegenteil von dem, was Sie wollen.

Jetzt geht der digitale Eingang auf Low. Der Basis-Emitter-Übergang von Q1 ist nicht mehr in Vorwärtsrichtung vorgespannt, sodass in Q1 kein Kollektorstrom fließen kann. Da der Kollektor über R2 mit Vcc verbunden ist, beträgt die Kollektorspannung Vcc. Die Quelle von M1 ist auch Vcc für eine andere von 0V - M1 ist ausgeschaltet, effektiv ein offener Schalter.

Zu diesem Zeitpunkt ist Ihr Ausgang nicht 0 V, sondern schwebt einfach. Sie können den Ausgang an einen Pulldown-Widerstand anschließen, wenn er 0 V benötigt. Dies ist jedoch nicht immer erforderlich.

Was Sie hier tatsächlich haben, ist ziemlich häufig und wird als Open-Drain- Ausgang bezeichnet. Das BJT-Äquivalent wird als Open-Collector- Ausgang bezeichnet. Normalerweise wird dies jedoch mit N-Kanal- oder NPN-Geräten durchgeführt. Es ermöglicht dem anderen Ende, den Pull-up-Widerstand hinzuzufügen, und es gibt keinen Grund, warum er an Vcc angeschlossen werden muss. Es könnte an eine andere Spannung angeschlossen werden.

Schließlich haben Sie nach R2 gefragt. Es ist nichts wirklich Falsches daran, aber es bedeutet, dass sich M1 nicht so schnell ausschaltet, wie es sich einschaltet. Der Grund ist, dass das Gate eines MOSFET für die ihn ansteuernde Schaltung wie ein Kondensator aussieht. Wenn Sie sich das schematische Symbol ansehen, sieht es sogar wie ein Kondensator aus. Es ist etwas Strom erforderlich, um die Spannung an einem Kondensator zu ändern. Je mehr Strom Sie fließen lassen können, desto schneller kann dies geschehen. Q1 bietet einen Pfad mit niedrigerer Impedanz für den Strom zum Einschalten von M1, während R2 einen Pfad mit signifikant höherer Impedanz zum Ausschalten von M1 bietet. Dies ist kein Problem, es sei denn, Sie müssen mit hoher Geschwindigkeit umschalten.

— Phil Frost
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