Explicação necessária ao usar 2 transistores como um comutador

Sugerimos que você use o design a seguir para conduzir uma carga com um microcontrolador. Gostaria de saber por que é necessário o uso de 2 transistores (n-ch e p-ch) para atuar como um comutador e não apenas um?

Pesquisei no Google e no youtube, e a maioria das páginas estava usando um transistor (principalmente n-ch) para fazer uma troca, como esta página:

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

Você poderia me explicar as vantagens ou desvantagens de ter esse projeto (2 transistores) em relação aos comutadores de um transistor?

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Se o balanço do sinal digital for de 5 V completos, você poderá usar apenas o FET final do canal P.

A vantagem do circuito de dois transistores é que a tensão de energia que está sendo comutada e a tensão de potência do sinal digital não precisam ser as mesmas. O circuito que você mostra funcionaria com a tensão de alimentação até a tensão GS máxima que o segundo FET pode suportar.

Este é um interruptor lateral superior. A maioria dos circuitos que você provavelmente já viu são interruptores laterais inferiores. A alternância do lado superior adiciona alguns problemas interessantes exclusivos para esse aplicativo. Como tal, existem várias razões para a chave de dois estágios que você indicou. Os dois principais são:

1. Mesmo quando a tensão comutada é igual à tensão da fonte de alimentação lógica, a tensão de saída lógica de alto nível pode ser significativamente menor que o trilho. Isso pode resultar em comutação inconsistente de um único MOSFET de canal P.

2. O portão de um MOSFET é basicamente um capacitor e, como o MOSFET do canal P depende desse resistor de pull-up para desligá-lo, o tamanho desse pull-up precisa ser relativamente pequeno se você precisar alternar rapidamente esta potência. . Como tal, a corrente que você precisa conseguir puxar para baixo quando o N-Channel está ativado pode ser muito maior do que o seu GPIO pode afundar.

Benefícios adicionais

1. O controle de dois estágios também permite alternar uma tensão muito maior para a carga do que a fonte lógica. Teoricamente, você pode alternar até o máximo de Vds do dispositivo P-Channel com um driver de dois estágios. No entanto, o circuito precisaria ser modificado para limitar a tensão no portão do canal P para Vgs_max. Além disso, a comutação do lado superior de tensões muito altas é geralmente problemática.

2. Ao usar um pequeno sinal N-Channel no primeiro dispositivo, você pode reduzir significativamente a carga capacitiva no pino GPIO. Isso reduz a pressão sobre o último e mantém seu suprimento lógico menos "barulhento".

Como complemento da resposta do @ OlinLathrop, a outra diferença entre o FET do canal P (com ou sem o FET do canal N adicional) e o FET do canal N mostrado no seu link é que o canal P é um canal de alta interruptor lateral (muda o Vcc para a carga) enquanto o canal N é um interruptor lateral baixo (muda o solo para a carga).

Para cargas simples sem E / S adicionais, como LEDs, motores, etc., a chave do lado inferior está boa. Para cargas com E / S conectadas a circuitos alimentados separadamente, como outros microcontroladores ou sensores, geralmente é preferível manter o terra conectado e usar um interruptor do lado superior.