需要使用2个晶体管作为开关的说明

建议使用以下设计来通过微控制器驱动负载。我想知道为什么需要使用2个晶体管（n-ch和p-ch）作为开关，而不仅仅是一个？

我搜索了Google和youtube，大多数页面都使用一个晶体管（主要是n-ch）进行切换，例如以下页面：

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

您能否解释一下这种设计（2个晶体管）相对于一个晶体管开关的优缺点？

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

transistors switches

— 尼玛（Nima Sajedi）
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数字I / O电压，您知道这是什么吗？我想它小于5V。

— DiBosco '17

这取决于我将其连接到Arduino nano的电压为5V，如果我连接到Arduino MKRFox1200的电压为3V。但是此原理图对两者都适用。对于晶体管，我将NDP6020P用作P-ch，将IRL1540N用作具有低VGS（th）的N-ch，并且代替了10K电阻，我使用了100K电阻。

— 尼玛（Nima Sajedi），

N-ch是IRLI540N，可通过infineon.com/dgdl/…

— Nima Sajedi

您参考的文章讨论了高侧和低侧电路。您了解高端驾驶和低端驾驶之间的区别吗？您了解p型FET与n型相比如何导通和关断，以及两种不同类型的FET如何驱动负载吗？

— DiBosco '17

另请参见此答案：正在进行的了解P沟道MOSFET的任务

— Nick Alexeev

Answers:

如果数字信号摆幅为满5 V，则可以仅使用最终的P沟道FET。

两晶体管电路的优点是，切换的电源电压和数字信号电源电压不必相同。您显示的电路将在电源电压达到第二个FET可以处理的最大GS电压的情况下工作。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
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谢谢Olin，我是否可以得出结论，所有单晶体管电路在VSS上具有相同的电压（将被切换）和信号电压电平（在本例中为GPIO引脚）？

— 尼玛（Nima Sajedi），

@Nima：对于高端开关，如您所示，如果逻辑电平摆幅扩展到要切换的电源电压，则通常只使用一个晶体管。否则，无法可靠地关闭晶体管。

— 奥林·拉斯罗普

这是顶部开关。您可能看到的大多数电路都是底侧开关。顶部切换增加了该应用程序独有的一些有趣的问题。因此，您指出的两级开关有很多原因。主要两个是：

即使当开关电压与逻辑电源电压相同时，高电平逻辑输出电压也可能明显低于电源轨。这可能导致单个P沟道MOSFET的开关不一致。
MOSFET的栅极基本上是一个电容器，并且由于P沟道MOSFET依靠该上拉电阻将其关断，因此，如果您需要快速切换此电源，则该上拉的大小需要相对较小。。因此，当N通道打开时，您需要能够通过上拉电路下拉的电流可能比GPIO的吸收电流高得多。

额外的好处

两级控制还允许您向负载切换比逻辑电源高得多的电压。理论上，您可以使用两级驱动器将P通道设备的Vds最大值切换为最大值。但是，将需要修改电路以将P通道栅极上的电压限制在Vgs_max以下。此外，非常高的电压的顶侧开关通常是有问题的。
通过在第一个设备上使用小信号N通道，您可以大大降低GPIO引脚上的电容负载。这样可以减少后者的负担，并使逻辑电源的“噪声”更少。

— 特雷弗
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除了您的回答外，我在行业中（至少在英国）的经验是，它们通常被称为“高端驱动程序”和“低端驱动程序”，通常缩写为“ HSD / LSD”。

— Graham

作为@OlinLathrop答案的补充，P沟道FET（带有或不带有附加N沟道FET）与链接中显示的N沟道FET之间的另一个区别是，P沟道的侧开关（将Vcc切换到负载），而N通道是低侧开关（将地切换到负载）。

对于没有额外I / O的简单负载，例如LED，电机等，低侧开关很好。对于将I / O连接到单独供电的电路（例如其他微控制器或传感器）的负载，通常最好保持接地并使用高侧开关。

— 强力恋人
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