Почему существуют эти два метода, как они работают и когда их использовать?
В схемах транзисторы часто используются в качестве переключателей. При использовании в качестве переключателей транзисторы могут быть подключены двумя разными способами: на стороне высокого и низкого уровня. Верхняя и нижняя стороны определяются положением транзистора в схеме. Транзистор может быть биполярным транзистором (BJT) или полевым транзистором (MOSFET).
1. Транзисторная схема нижнего плеча
Для переключения нижнего плеча транзистор подключается к земле, что означает, что транзистор находится между нагрузкой и землей. Поскольку транзистор переключает линию заземления или находится на стороне низкого напряжения нагрузки, его называют переключателем низкого напряжения.
Обычно используются NPN-транзисторы или N-канальные полевые транзисторы.
В случае NPN-транзистора эмиттер подключен к земле, а коллектор подключен к нагрузке. В качестве ключа транзистор работает в режиме насыщения. Насыщение означает, что тока базы достаточно для полного открытия транзистора.
В N-канальном полевом транзисторе исток подключается к земле, а сток – к отрицательной стороне нагрузки. Хотя в этой схеме можно использовать переходные полевые транзисторы (JFET), улучшающие полевые транзисторы работают лучше. Примечание. Электронная трубка оснащена понижающим резистором.
2. Схема транзистора верхнего плеча.
Противоположностью переключателей нижнего плеча являются переключатели верхнего плеча. Транзистор подключается между положительной клеммой источника питания и высоковольтной клеммой нагрузки. Использование этих транзисторов в схеме Arduino или Raspberry Pi может быть немного сложным.
Обычно используются PNP-транзисторы или полевые транзисторы с P-каналом.
В случае PNP-транзистора эмиттер подключается к положительному выводу напряжения, а коллектор – к нагрузке. По сравнению со схемой переключения транзистора нижнего плеча, описанной выше, эмиттер и коллектор PNP поменяны местами. Как и NPN-транзисторы, PNP-транзисторы должны работать в области насыщения, чтобы полностью открыть транзистор.
У полевого транзистора с P-каналом исток подключается к положительному напряжению, а сток — к нагрузке. Как и в случае с переключателями нижнего плеча, вы можете использовать улучшающий полевой транзистор. Примечание. Электронная трубка оснащена подтягивающим резистором.
Когда напряжение управляемого сигнала (цепи нагрузки) такое же, как напряжение управляющего сигнала, вышеуказанная схема может работать нормально, если используется транзистор P-типа. Стоит отметить, что трубка P представляет собой обратную лампу, то есть, когда на входе высокий уровень, схема не проводит ток, а когда на входе низкий уровень, она проводит.
Когда напряжение управляемого сигнала выше напряжения управляющего сигнала, необходимо использовать драйвер транзистора. Далее давайте рассмотрим использование транзистора для управления другим транзистором.
3. Транзистор управляет другим транзистором
Схема драйвера транзистора — это схема, используемая для управления другим транзистором. Схемы управления транзисторами используются, когда напряжение (или ток) управляющего сигнала и напряжение управляемого транзистора различны. Ниже приведены две ситуации, когда требуются драйверы транзисторов.
Сильноточные полевые транзисторы имеют значительные пороговые напряжения затвор-исток (Vgs). Хотя 5 Вольт на выводе Arduino GPIO может быть достаточно, чтобы включить транзистор, этого недостаточно, чтобы перевести его в состояние насыщения. Прежде чем силовая трубка достигнет насыщения, ее сопротивление открытого состояния может быть относительно высоким, что ограничивает максимальный ток, который она может выдержать.
Когда управляемое напряжение выше, чем напряжение управляющего сигнала, очень часто используются NPN-транзисторы для управления PNP-транзисторами или полевым трубками с P-каналом. Без схемы управления транзистор может никогда не выключиться.
4. Почему существуют транзисторы верхнего плеча?
Для переключателей использование переключателей нижнего плеча просто в использовании и понятно. Более того, для биполярных (BJT) транзисторов и полевых ламп P-трубки обычно имеют большее значение сопротивления (или меньшую выходную мощность по току), чем N-трубки. Если да, то почему они существуют?
Схема переключения нижнего плеча переключает проводимость на землю, а схема переключения верхнего плеча переключает проводимость на источник питания. Иногда вам нужно сохранить заземление и контролировать доступ к электропитанию. Другая причина в том, что даже если транзистор полностью открыт, на нем все равно остается небольшое падение напряжения. Это означает, что земля управляемого устройства не имеет напряжения 0 В при полном заземлении. Для таких устройств, как светодиоды, питание или заземление не имеют значения. Однако активные устройства, такие как микроконтроллеры, требуют хорошего заземления! Эта ситуация требует использования трубок с высокими боковыми стенками. Другая ситуация заключается в том, что при импульсных источниках питания необходимо контролировать включение и выключение преобразуемого источника питания, а также требуются лампы высокого плеча. Есть и другие ситуации, в подробности которых мы не будем вдаваться.
В целом, если вы хотите включить или выключить устройство, переключатель нижнего уровня является простым решением. Однако, если вы управляете источником питания всей цепи или устройства, чувствительного к напряжению, вам потребуется использовать переключатель высокого плеча.
Кстати, есть готовая фишка под названием «Переключатель нагрузки». Эти микросхемы имеют P-канальный MOSFET в качестве переключающего транзистора со встроенным драйвером для этого P-канала. Этот тип устройства не требует внешнего драйвера.
