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  • 高邊,低邊晶體管開關與電路分析
    • 發布時間:2022-07-01 17:58:16
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    高邊,低邊晶體管開關與電路分析
    高邊和低邊晶體管開關
    電路中,晶體管常常被用來當做開關使用。晶體管用作開關時有兩種不同的接線方式:高邊(high side)和低邊(low side)。
    高邊和低邊是由晶體管在電路中的位置決定的。晶體管可以是雙極性晶體管(BJT)或者場效應管(MOSFET)。
    低邊晶體管電路
    低邊開關,晶體管接地,也就是說晶體管在負載和地之間。由于晶體管正在開關接地線路或位于負載的低電壓端,因此稱為低邊開關。
    通常使用 NPN 型三極管或者 N 溝道場效應管。
    高邊 低邊晶體管開關電路
    低邊晶體管(注意 場管有一個下拉電阻)
    對于 NPN 三極管來說,發射極接地,集電極連接到負載。作為開關,三極管工作在飽和狀態。飽和意味著有足夠的基極電流來完全開啟三極管。
    對于 N 溝道場管來說,源極接地,漏極連接到負載的負側。雖然您可以在該電路中使用結型場效應管(JFET),但增強型場管效果更好。注意:場管有一個下拉電阻。
    高邊晶體管電路
    與低邊開關相對的是高邊開關。晶體管連接在電源正極和負載高電壓端之間。在 Arduino 或 Raspberry Pi 電路中使用這些晶體管可能會有些困難。
    通常使用 PNP 型三極管或者 P 溝道場效應管。
    高邊 低邊晶體管開關電路
    高邊晶體管(注意 場管有個上拉電阻)
    對于 PNP 型三極管來說,發射極連接到電壓正極,而集電極連接到負載。對比上面的低邊三極管開關電路,PNP 的發射極和集電極正好是與之顛倒的。
    就像 NPN 三極管一樣,PNP 三極管需要在飽和區工作才能完全導通晶體管。
    對于 P 溝道場管來說,源極連接到電壓正極,漏極連接負載。與低邊開關一樣,您可能希望使用增強型場效應管。注意:場管有一個上拉電阻。
    高邊 低邊晶體管開關電路
    P管控制電壓和被控電壓相同時
    當被控信號(負載電路)的電壓電壓和控制信號電壓相同時,如果使用 P 型晶體管,上面的電路可以正常工作。值得注意的是 P 管是個反管,也就是說,輸入高電平時,電路不導通,輸入低電平時導通。
    當被控信號的電壓高于控制信號電壓時,你需要使用晶體管驅動。下面,讓我們看看用晶體管驅動另一個晶體管。
    晶體管驅動另一個晶體管
    晶體管驅動電路是指用來驅動另一個晶體管的電路。晶體管驅動電路被用在當驅動信號電壓(或電流)和被控晶體管電壓不同的情況。下面是需要晶體管驅動的兩種情況。
    高邊 低邊晶體管開關電路
    晶體管驅動電路
    大電流場管具有相當大的柵源極閾值電壓(Vgs)。雖然來自 Arduino GPIO 引腳的 5 伏電壓可能足以打開晶體管,但不足以使其進入飽和狀態。
    在場管飽和之前,其導通電阻可能相對較高,從而限制了它可以處理的最大電流。
    當被控電壓高于控制信號電壓時,用 NPN 三極管驅動 PNP 三極管 或 P 溝道場管是很常見的。如果沒有驅動電路,晶體管可能永遠不會關斷。
    高邊晶體管為什么會存在?
    對于開關來說,使用低邊開關簡單易用,易于理解。而且,對于雙極型(BJT)晶體管和場管來說,P 管通常比 N 管具有更大的電阻值(或更低的電流輸出能力)。既然如此,它們為什么存在呢?
    低邊開關電路切換的是對地的導通,高邊開關電路切換的是對電源的導通。有時候,你想保持接地并且控制對電源的導通與否。
    還有一個原因就是,即使晶體管完全導通,其兩端仍然存在一個很小的壓降。這意味著,被控制器件的接地不是完全接地的 0 伏電壓。
    對于像 LED 這樣的器件,切換電源或是地并不重要。但是,對于像 MCU 這樣的的有源設備需要良好的接地!這種情形需要用到高邊管。
    還有一種情況就是開關電源中,需要控制對待轉換電源的通斷,也需要高邊管。
    總體來說,如果要打開或關閉器件,低邊開關是一個簡單的解決方案。但是,如果要控制的是整個電路或電壓敏感設備的供電,則需要使用高邊開關。
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