Conmutación de una corriente con un transistor NPN y un P-MOSFET

Acabo de aprender sobre transistores y estoy tratando de entender claramente cómo aplicarlos para la conmutación básica, en términos de los dos casos estándar, es decir, comportamiento activo ALTO y comportamiento activo BAJO. Para el caso Active LOW, todavía tengo algunos problemas.

Supongamos un circuito simple en el que quiero cambiar una corriente arbitraria de 1 amperio en función del estado de una señal digital, y quiero un comportamiento BAJO activo (es decir, la corriente debe fluir cuando la señal digital es BAJA).

Me interesaría una breve retroalimentación en términos de si mi circuito dibujado a continuación lograría lo anterior, o si se puede mejorar/simplificar aún más.

Notas : Q1 es un transistor NPN y M1 es un P-MOSFET. Y elegí una resistencia de valor 10K para R2 porque el cambio rápido no es crítico, pero también agradecería opiniones al respecto.

EDITAR: Los circuitos a continuación son la primera revisión basada en las sugerencias de @ThePhoton.

Método A:

A

Método B:

B

(A continuación se muestra mi método original erróneo antes de la primera revisión :)origen

@PhilFrost: Anotado y revisado. Por cierto, en esta nota, creo que CircuitLab tiene un error en la denominación predeterminada de los símbolos MOSFET.
Eso es raro. Ahora estoy dudando de mí mismo. Tal vez me golpeé la cabeza.
@PhilFrost, ahora perdí la noción de qué versión es qué, pero lo que veo ahora en la pregunta tiene el símbolo incorrecto en ambos diagramas.
@ThePhoton: tienes razón. Olvidé que las flechas van hacia el otro lado con el sabor de dos patas del símbolo.
@ThePhoton y PhilFrost: ¿Alguno de ustedes puede aclarar el símbolo y por qué es así? De lo único que estoy seguro es de que la corriente de un MOSFET de canal P se refiere al flujo de agujeros, o esencialmente a la ausencia de electrones, frente al canal N, que son solo electrones; y no veo cómo esta diferencia se refleja en la elección de la flecha.
Olvídate de los electrones y los huecos, y trata de olvidar lo que dije sobre los símbolos. Me equivoqué. Un MOSFET de canal N está encendido cuando el voltaje de la puerta es más alto que el de la fuente, y el voltaje de la fuente generalmente será más bajo que el voltaje de drenaje. Un MOSFET de canal P está encendido cuando el voltaje de la puerta es más bajo que el de la fuente, y el voltaje de drenaje generalmente será más bajo que el voltaje de la fuente.
Es probable que el método B no funcione, porque el desagüe no está conectado a nada. ¿Cómo puede hacer que el voltaje de la puerta sea más alto que el voltaje de drenaje para encender el transistor si el drenaje no está conectado?
Eliminé mi respuesta porque ya no tiene sentido después de las ediciones de la pregunta.
@ThePhoton: Tuve la sensación de que esto iba a ser caótico tan pronto como hice mi primera revisión; De verdad me disculpo. Aunque las revisiones serían de gran utilidad para futuros lectores, tal vez no fue una buena etiqueta de mi parte revisar a los pocos minutos de haber hecho una pregunta.
@Inga, no es gran cosa. Creo que obtuviste buenas respuestas de Oli y Phil.
@Inga: ¿qué usaste para dibujar tus esquemas?
@trygvis: Perdón por la respuesta extremadamente tardía. Usé circuitlab.com , es gratis.
@Inga - no hay problema. A estas alturas me he dado cuenta de que se ha convertido en parte del editor de preguntas de EE.
Lo acabo de hacer: ¡las cosas se ven muy bien en Stackexchange!

Respuestas (2)

Simplemente puede usar el PMOS y usar un pin cambiado de salida de baja a alta impedancia (por ejemplo, entrada) para encenderlo/apagarlo:

Interruptor bajo activo

La resistencia de 10 kΩ mantiene el FET apagado cuando la señal ON-OFF se deja flotando (es decir, su pin es una entrada/alta impedancia)
Luego, cuando el pin se baja, la puerta se pone a tierra y el FET se enciende. Debe asegurarse de que el MOSFET P-ch que use tenga un V gs (th) adecuadamente bajo ( umbral de voltaje de activación; algunos pueden ser bastante altos), por lo que desea un MOSFET de "nivel lógico".

Simulación:

Simulación de interruptor bajo activo

Cuando la entrada es alta, la unión base-emisor de Q1 tendrá polarización directa. Esto hará que fluya una gran corriente de colector en Q1, y el voltaje del colector será casi de tierra (alrededor de 0,2 V para la mayoría de los transistores; consulte la hoja de datos).

Cuando esto suceda, la puerta de M1 bajará rápidamente a través de Q1. La puerta de M1 estará cerca del suelo, mientras que la fuente está conectada a Vcc. Un MOSFET de canal P está encendido cuando la puerta es más baja que la fuente por un umbral especificado en la hoja de datos. Entonces, M1 ahora está activado y es efectivamente una pequeña resistencia (ver R d s o norte en la hoja de datos).

Ahora, la entrada digital es alta y la salida está efectivamente conectada a Vcc. Esto es lo contrario de lo que quieres.

Ahora, la entrada digital baja. La unión base-emisor de Q1 ya no tiene polarización directa, por lo que no puede fluir corriente de colector en Q1. Dado que el colector está conectado a través de R2 a Vcc, el voltaje del colector será Vcc. La fuente de M1 también es Vcc para una diferencia de 0V -- M1 está apagado, efectivamente un interruptor abierto.

En este punto, su salida no es de 0 V, simplemente está flotando. Puede conectar la salida a una resistencia desplegable si necesita que sea de 0 V. Sin embargo, eso no siempre es necesario.

Lo que realmente tiene aquí es bastante común y se llama salida de drenaje abierto . El equivalente BJT se denomina salida de colector abierto . Sin embargo, normalmente se hace con dispositivos de canal N o NPN. Permite que el otro extremo agregue la resistencia pull-up, y no hay razón para que tenga que estar conectado a Vcc; podría estar conectado a algún otro voltaje.

Finalmente, preguntaste sobre R2. Realmente no tiene nada de malo, pero significa que M1 no se apagará tan rápido como se enciende. La razón es que la compuerta de un MOSFET parece un capacitor para el circuito que lo impulsa. Si observa el símbolo esquemático, incluso parece un condensador. Se necesita cierta cantidad de corriente para cambiar el voltaje a través de un capacitor, y cuanta más corriente pueda hacer fluir, más rápido puede suceder. Q1 proporciona una ruta de impedancia más baja para que la corriente encienda M1, mientras que R2 presenta una ruta de impedancia significativamente más alta para apagar M1. Esto no es un problema a menos que necesite cambiar a alta velocidad.

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