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

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

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

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

Hinweise : 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 Schaltungen sind die erste Überarbeitung basierend auf den Vorschlägen von @ThePhoton.

Methode A:

EIN

Methode B:

B

(Unten ist meine ursprüngliche, fehlerhafte Methode vor der 1. Überarbeitung:)Orig

@PhilFrost: Notiert und überarbeitet. Übrigens, in diesem Sinne glaube ich, dass CircuitLab einen Fehler in der Standardbenennung der MOSFET-Symbole hat.
Das ist seltsam. Jetzt zweifle ich an mir. Vielleicht habe ich mir den Kopf gestoßen.
@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.
@ThePhoton: Du hast Recht. Ich vergesse, dass die Pfeile mit dem zweibeinigen Geschmack des Symbols in die andere Richtung gehen.
@ThePhoton & PhilFrost: Kann einer von euch das Symbol erklären und warum es so ist, wie es ist? Ich bin mir nur sicher, dass sich der Strom eines P-Kanal-MOSFET auf den Fluss von Löchern oder im Wesentlichen auf das Fehlen von Elektronen im Vergleich zum N-Kanal bezieht, bei dem es sich nur um Elektronen handelt. und ich sehe nicht, wie sich dieser Unterschied in der Pfeilwahl widerspiegelt.
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 ist normalerweise niedriger als die Drain-Spannung. Ein P-Kanal-MOSFET ist eingeschaltet, wenn die Gate-Spannung niedriger als die Source ist, und die Drain-Spannung ist normalerweise niedriger als die Source-Spannung.
Methode B wird wahrscheinlich nicht funktionieren, da der Abfluss mit nichts verbunden ist. Wie können Sie die Gate-Spannung höher als die Drain-Spannung machen, um den Transistor einzuschalten, wenn der Drain nicht angeschlossen ist?
Ich habe meine Antwort gelöscht, da sie nach den Änderungen an der Frage keinen Sinn mehr macht.
@ThePhoton: Ich hatte das Gefühl, dass dies chaotisch werden würde, sobald ich meine erste Überarbeitung vorgenommen hatte; Es tut mir wirklich Leid. Auch wenn die Überarbeitungen zukünftigen Lesern von Nutzen sein würden, war es vielleicht keine gute Etikette meinerseits, innerhalb weniger Minuten, nachdem ich eine Frage gestellt hatte, zu überarbeiten.
@Inga, keine große Sache. Ich denke, Sie haben gute Antworten von Oli und Phil bekommen.
@Inga - womit hast du deine Schaltpläne gezeichnet?
@trygvis: Sorry für die extrem späte Antwort. Ich habe circuitlab.com verwendet - es ist kostenlos.
@Inga - kein Problem. Inzwischen habe ich festgestellt, dass es ein Teil des EE-Frageneditors geworden ist.
Habe ich gerade gemacht – rund um Stackexchange sieht es großartig aus!

Antworten (2)

Sie können einfach das PMOS verwenden und einen Pin verwenden, der von Ausgang niedrig auf hochohmig geschaltet ist (z. B. Eingang), um ihn ein- / auszuschalten:

Aktiver Low-Schalter

Der 10-kΩ-Widerstand hält den FET ausgeschaltet, wenn das EIN-AUS-Signal schwebend gelassen wird (dh Ihr Pin ist ein Eingang / eine hohe Impedanz).
Wenn der Pin dann niedrig angesteuert wird, wird das Gate auf Masse gezogen und der FET schaltet sich ein. Sie müssen sicherstellen, dass der von Ihnen verwendete P-ch-MOSFET eine ausreichend niedrige V gs (th) (Einschaltspannungsschwelle - einige können ziemlich hoch sein) hat, damit Sie einen MOSFET mit "Logikpegel" wünschen.

Simulation:

Aktive Low-Switch-Simulation

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 liegt fast auf Masse (ca. 0,2 V für die meisten Transistoren - siehe Datenblatt).

Wenn dies geschieht, wird das Gate von M1 schnell durch Q1 nach unten gezogen. Das Gate von M1 liegt in der Nähe von Masse, während die Source mit Vcc verbunden ist. Ein P-Kanal-MOSFET ist eingeschaltet, wenn das Gate um einen im Datenblatt angegebenen Schwellenwert niedriger als die Source ist. Also ist M1 jetzt eingeschaltet und es ist effektiv ein kleiner Widerstand (siehe R d s Ö n im Datenblatt).

Jetzt ist der digitale Eingang hoch und der Ausgang ist effektiv mit Vcc verbunden. Das 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, ist die Kollektorspannung Vcc. Die Quelle von M1 ist auch Vcc für einen Unterschied von 0 V - M1 ist ausgeschaltet, effektiv ein offener Schalter.

An diesem Punkt ist Ihr Ausgang nicht 0 V, er schwebt einfach. Sie können den Ausgang mit einem Pulldown-Widerstand verbinden, wenn Sie 0 V benötigen. Das ist jedoch nicht immer erforderlich.

Was Sie hier tatsächlich haben, ist ziemlich üblich 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, dass es an Vcc angeschlossen werden muss; es könnte an eine andere Spannung angeschlossen werden.

Schließlich haben Sie nach R2 gefragt. Daran ist nichts wirklich auszusetzen, aber es bedeutet, dass sich M1 nicht so schnell ausschaltet, wie es sich einschaltet. Der Grund dafür ist, dass das Gate eines MOSFET für die ihn ansteuernde Schaltung wie ein Kondensator aussieht. Wenn Sie sich das Schaltplansymbol ansehen, sieht es sogar aus wie ein Kondensator. Es ist eine gewisse Strommenge erforderlich, um die Spannung über einem Kondensator zu ändern, und je mehr Strom Sie fließen lassen können, desto schneller kann dies geschehen. Q1 stellt einen Weg mit niedrigerer Impedanz für Strom bereit, um M1 einzuschalten, während R2 einen Weg mit deutlich höherer Impedanz darstellt, um M1 auszuschalten. Dies ist kein Problem, es sei denn, Sie müssen mit hoher Geschwindigkeit umschalten.

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