Chuyển đổi dòng điện bằng bóng bán dẫn NPN và P-MOSFET

Chỉ cần tìm hiểu về bóng bán dẫn và tôi đang cố gắng hiểu rõ cách áp dụng chúng cho chuyển đổi cơ bản, theo hai trường hợp tiêu chuẩn, nghĩa là hành vi CAO CAO và hành vi THẤP hoạt động. Đối với trường hợp Active THẤP, tôi vẫn gặp một số rắc rối.

Giả sử một mạch đơn giản trong đó tôi muốn chuyển đổi dòng 1-amp tùy ý dựa trên trạng thái của tín hiệu Kỹ thuật số và tôi muốn hành vi Active THẤP (tức là dòng điện sẽ chảy khi tín hiệu số THẤP).

Tôi quan tâm đến phản hồi ngắn gọn về việc liệu mạch của tôi được vẽ dưới đây sẽ thực hiện được điều trên hay liệu nó có thể được cải thiện / đơn giản hóa hơn nữa.

Lưu ý : Q1 là một bóng bán dẫn NPN và M1 là P-MOSFET. Và tôi đã chọn điện trở giá trị 10K cho R2 vì chuyển đổi nhanh không quan trọng, nhưng tôi cũng hoan nghênh ý kiến ​​về điều đó.

EDIT: Các mạch dưới đây là phiên bản đầu tiên dựa trên đề xuất của @ ThePhoton.

Phương pháp A:

Phương pháp B:

(Dưới đây là phương pháp sai lầm ban đầu của tôi trước khi sửa đổi lần 1 :)

Bạn chỉ có thể sử dụng PMOS và sử dụng ghim chuyển từ trở kháng thấp sang đầu ra cao (ví dụ: đầu vào) để bật / tắt:

Điện trở 10kΩ giữ FET tắt khi tín hiệu BẬT TẮT nổi (tức là chân của bạn là đầu vào / trở kháng cao)
Sau đó khi chân được điều khiển ở mức thấp, cổng được kéo xuống đất và FET bật. Bạn cần đảm bảo MOSFET P-ch mà bạn sử dụng có V _{gs (th)} thấp phù hợp (bật ngưỡng điện áp - một số có thể khá cao) để bạn muốn có MOSFET "mức logic".

Mô phỏng:

Khi đầu vào ở mức cao, đường giao nhau của bộ phát gốc sẽ được phân cực thuận. Điều này sẽ tạo ra một dòng điện thu lớn trong Q1 và điện áp của bộ thu sẽ gần như chạm đất (khoảng 0,2 V đối với hầu hết các bóng bán dẫn - xem bảng dữ liệu).

Khi điều này xảy ra, cổng của M1 sẽ nhanh chóng bị kéo xuống thấp qua Q1. Cổng của M1 sẽ ở gần mặt đất, trong khi nguồn được kết nối với Vcc. Một MOSFET kênh P được bật khi cổng thấp hơn nguồn theo ngưỡng được chỉ định trong biểu dữ liệu. Vì vậy, M1 đã được bật và đây thực sự là một điện trở nhỏ (xem$R_{ds_on}$ trong biểu dữ liệu).

Bây giờ, đầu vào kỹ thuật số cao và đầu ra được kết nối hiệu quả với Vcc. Điều này trái ngược với những gì bạn muốn.

Bây giờ, đầu vào kỹ thuật số xuống thấp. Nút giao tiếp cơ sở của Q1 không còn phân cực thuận, vì vậy không có dòng thu nào có thể chảy trong Q1. Vì bộ thu được kết nối qua R2 đến Vcc, nên điện áp của bộ thu sẽ là Vcc. Nguồn của M1 cũng là Vcc cho 0V khác nhau - M1 bị tắt, thực sự là một công tắc mở.

Tại thời điểm này, đầu ra của bạn không phải là 0 V, nó chỉ đơn giản là nổi. Bạn có thể kết nối đầu ra với một điện trở kéo xuống nếu bạn cần nó là 0 V. Tuy nhiên, điều đó không phải lúc nào cũng cần thiết.

Những gì bạn thực sự có ở đây là khá phổ biến, và nó được gọi là đầu ra cống mở . Tương đương BJT được gọi là đầu ra collector mở . Tuy nhiên, thông thường, nó được thực hiện với các thiết bị N-channel hoặc NPN. Nó cho phép đầu kia thêm điện trở kéo lên, và không có lý do gì nó phải được kết nối với Vcc; nó có thể được kết nối với một số điện áp khác.

Cuối cùng, bạn hỏi về R2. Không có gì thực sự sai với nó, nhưng điều đó có nghĩa là M1 sẽ không tắt nhanh như khi bật. Lý do là cổng của MOSFET trông giống như một tụ điện cho mạch điều khiển nó. Nếu bạn nhìn vào biểu tượng sơ đồ, nó thậm chí trông giống như một tụ điện. Phải mất một lượng dòng điện để thay đổi điện áp trên một tụ điện, và dòng điện bạn có thể tạo ra càng nhiều thì tốc độ có thể xảy ra càng nhanh. Q1 cung cấp đường dẫn trở kháng thấp hơn cho dòng điện để bật M1, trong khi R2 trình bày đường dẫn trở kháng cao hơn đáng kể để tắt M1. Đây không phải là vấn đề trừ khi bạn cần chuyển đổi ở tốc độ cao.