晶體管電路低邊和高邊的工作原理介紹

為什么存在這兩種方式，它們的工作原理，以及何時使用它們？

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）。

1. 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。

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。

2. 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。

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。

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。

3. 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。

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。

4. 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。還有一些其他的情況，我們不一一贅述。

總體來說，如果你要打開或關閉器件，低邊開關是一個簡單的解決方案。但是，如果你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。

現在有一種現成的芯片稱為“負載開關（Load Switch）”。這些芯片具有 P 溝道 MOSFET 作為開關晶體管，并帶有用于該 P 溝道的內置驅動器。這種類型的器件不需要外部驅動電路。

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