2つのトランジスタをスイッチとして使用する際に必要な説明

次の設計を使用して、マイクロコントローラーで負荷を駆動することをお勧めします。スイッチとしてだけでなく、2つのトランジスタ（n-chとp-ch）を使用する必要があるのはなぜですか？

Googleとyoutubeで検索しましたが、ほとんどのページは1つのトランジスタ（ほとんどn-ch）を使用してこのページのように切り替えを行いました。

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

このような設計（2トランジスタ）が1トランジスタスイッチよりも優れている点と悪い点を教えてください。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

デジタル信号の振幅がフル5 Vの場合、最終的なPチャネルFETのみを使用できます。

2トランジスタ回路の利点は、切り替えられる電源電圧とデジタル信号の電源電圧が同じである必要がないことです。示す回路は、2番目のFETが処理できる最大GS電圧までの電源電圧で動作します。

これは上面スイッチです。おそらく見たことがある回路のほとんどは、底面のスイッチです。上面切り替えは、そのアプリケーションに固有の興味深い問題をいくつか追加します。そのため、指定した2段階の切り替えには多くの理由があります。2つの主なものは次のとおりです。

1. スイッチ電圧がロジック電源電圧と同じ場合でも、高レベルのロジック出力電圧はレールよりも大幅に低くなる可能性があります。これにより、単一のPチャネルMOSFETの一貫性のないスイッチングが発生する可能性があります。

2. MOSFETのゲートは基本的にコンデンサであり、PチャネルMOSFETはそのプルアップ抵抗に依存してオフにするため、この電力をすばやく切り替える必要がある場合、そのプルアップのサイズは比較的小さくする必要があります。 。そのため、Nチャネルがオンのときにプルアップを介してプルダウンできる必要がある電流は、GPIOがシンクできるよりもはるかに大きくなる可能性があります。

追加の利点

1. 2ステージ制御により、ロジック電源よりもはるかに高い電圧を負荷に切り替えることもできます。理論的には、2ステージドライバーを使用して、Pチャネルデバイスの最大Vdsに切り替えることができます。ただし、Pチャネルのゲートの電圧をVgs_max未満に制限するには、回路を変更する必要があります。さらに、一般に、非常に高い電圧のトップサイドスイッチングには問題があります。

2. 最初のデバイスに小信号Nチャネルを使用することにより、GPIOピンの容量性負荷を大幅に削減できます。これにより、後者への負担が軽減され、ロジック供給の「ノイズ」が少なくなります。

@OlinLathropの答えのアドオンとして、PチャネルFET（追加のNチャネルFETの有無にかかわらず）とリンクに表示されるNチャネルFETのもう1つの違いは、Pチャネルが高いことです。 Nチャネルがローサイドスイッチ（グランドを負荷に切り替える）の場合、サイドスイッチ（Vccを負荷に切り替える）。

LED、モーターなどの追加のI / Oがない単純な負荷の場合、ローサイドスイッチは問題ありません。他のマイクロコントローラーやセンサーなど、個別に電源供給される回路にI / Oが接続されている負荷の場合、一般にグランドを接続したままハイサイドスイッチを使用することが推奨されます。