Giải thích về việc sử dụng 2 bóng bán dẫn làm công tắc

Tôi đề nghị sử dụng thiết kế sau để điều khiển tải bằng bộ điều khiển vi mô. Tôi muốn biết rằng tại sao cần phải sử dụng 2 bóng bán dẫn (n-ch và p-ch) để hoạt động như một công tắc và không chỉ một?

Tôi đã tìm kiếm trên Google và youtube và hầu hết các trang đều sử dụng một bóng bán dẫn (chủ yếu là n-ch) để thực hiện chuyển đổi, như trang này:

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

Bạn có thể vui lòng giải thích cho tôi những lợi thế hoặc bất lợi của việc có thiết kế như vậy (2 bóng bán dẫn) trên các công tắc một bóng bán dẫn?

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu xoay tín hiệu số là 5 V đầy đủ, thì bạn chỉ có thể sử dụng FET kênh P cuối cùng.

Ưu điểm của mạch hai bóng bán dẫn là điện áp nguồn được chuyển đổi và điện áp nguồn tín hiệu số không cần phải giống nhau. Mạch bạn hiển thị sẽ hoạt động với điện áp nguồn lên đến điện áp GS tối đa mà FET thứ hai có thể xử lý.

Đây là một công tắc phía trên. Hầu hết các mạch bạn có thể đã thấy là các công tắc phía dưới. Chuyển đổi phía trên cùng thêm một số vấn đề thú vị duy nhất cho ứng dụng đó. Như vậy, có rất nhiều lý do cho việc chuyển đổi hai giai đoạn mà bạn chỉ ra. Hai cái chính là:

1. Ngay cả khi điện áp chuyển đổi giống như điện áp cung cấp năng lượng logic của bạn, điện áp đầu ra logic mức cao có thể thấp hơn đáng kể so với đường ray. Điều này có thể dẫn đến việc chuyển đổi không nhất quán của một MOSFET kênh P duy nhất.

2. Cổng của MOSFET về cơ bản là một tụ điện, và vì MOSFET kênh P đang dựa vào điện trở kéo lên đó để tắt nó, kích thước của lực kéo đó cần phải tương đối nhỏ nếu bạn cần nhanh chóng chuyển đổi nguồn điện này . Như vậy, dòng điện bạn cần để có thể kéo xuống qua khi kéo lên khi Kênh N được bật có thể cao hơn rất nhiều so với GPIO của bạn có thể chìm.

Lợi ích kèm theo

1. Điều khiển hai giai đoạn cũng cho phép bạn chuyển đổi điện áp cao hơn nhiều so với cung cấp logic. Về mặt lý thuyết, bạn có thể chuyển tối đa Vds của thiết bị P-Channel với trình điều khiển hai giai đoạn. Tuy nhiên, mạch sẽ cần phải được sửa đổi để giới hạn điện áp trên cổng của Kênh P dưới VSS_max. Hơn nữa, việc chuyển đổi phía trên của điện áp rất cao nói chung là có vấn đề.

2. Bằng cách sử dụng kênh N tín hiệu nhỏ cho thiết bị đầu tiên, bạn có thể giảm đáng kể tải điện dung trên chân GPIO. Điều này làm giảm căng thẳng cho cái sau và giữ cho nguồn cung cấp logic của bạn bớt "ồn ào".

Là một phần bổ sung cho câu trả lời của @ OlinLathrop, sự khác biệt khác giữa FET kênh P (có hoặc không có FET kênh N bổ sung) và FET kênh N được hiển thị trong liên kết của bạn là kênh P là cao công tắc bên (chuyển Vcc sang tải) trong khi kênh N là công tắc phía thấp (chuyển mặt đất sang tải).

Đối với các tải đơn giản mà không cần thêm I / O, chẳng hạn như đèn LED, động cơ, v.v., công tắc phía thấp là ổn. Đối với các tải có I / O được kết nối với các mạch được cấp nguồn riêng, chẳng hạn như các bộ vi điều khiển hoặc cảm biến khác, thường được ưu tiên để giữ cho mặt đất được kết nối và sử dụng một công tắc phía cao.