Explicación necesaria sobre el uso de 2 transistores como interruptor

Se me sugiere usar el siguiente diseño para conducir una carga con un microcontrolador. Me gustaría saber por qué es necesario usar 2 transistores (n-ch y p-ch) para actuar como un interruptor y no solo uno.

Busqué en Google y YouTube, y la mayoría de las páginas usaban un transistor (principalmente n-ch) para hacer un cambio, como esta página:

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

¿Podría explicarme las ventajas o desventajas de tener dicho diseño (2 transistores) sobre los interruptores de un transistor?

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si la oscilación de la señal digital es de 5 V completos, puede usar solo el FET del canal P final.

La ventaja del circuito de dos transistores es que el voltaje de alimentación que se conmuta y el voltaje de alimentación de la señal digital no necesitan ser los mismos. El circuito que muestra funcionaría con el voltaje de alimentación hasta el voltaje GS máximo que puede manejar el segundo FET.

Este es un interruptor lateral superior. La mayoría de los circuitos que probablemente haya visto son interruptores laterales inferiores. La conmutación del lado superior agrega algunos problemas interesantes que son exclusivos de esa aplicación. Como tal, hay numerosas razones para el cambio de dos etapas que indicó. Los dos principales son:

1. Incluso cuando el voltaje conmutado es el mismo que el voltaje de la fuente de alimentación lógica, el voltaje de salida lógica de alto nivel puede ser significativamente más bajo que el riel. Esto puede provocar un cambio inconsistente de un solo MOSFET de canal P.

2. La puerta de un MOSFET es básicamente un condensador, y debido a que el MOSFET del canal P se basa en esa resistencia pull-up para apagarlo, el tamaño de ese pull-up debe ser relativamente pequeño si necesita cambiar esta potencia rápidamente . Como tal, la corriente que necesita para poder descender a través del pull-up cuando el N-Channel está encendido puede ser mucho más alta de lo que su GPIO puede hundirse.

Beneficios adicionales

1. El control de dos etapas también le permite cambiar un voltaje mucho más alto a la carga que el suministro lógico. Teóricamente, puede cambiar al máximo Vds del dispositivo P-Channel con un controlador de dos etapas. Sin embargo, el circuito necesitaría ser modificado para limitar el voltaje en la puerta del canal P a menos de Vgs_max. Además, la conmutación del lado superior de voltajes muy altos es en general problemática.

2. Al usar una pequeña señal de N-Channel para el primer dispositivo, puede reducir significativamente la carga capacitiva en el pin GPIO. Esto reduce la tensión en este último y mantiene su suministro lógico menos "ruidoso".

Como complemento de la respuesta de @ OlinLathrop, la otra diferencia entre el FET del canal P (con o sin el FET adicional del canal N) y el FET del canal N que se muestra en su enlace es que el canal P es un interruptor lateral (cambia el Vcc a la carga) mientras que el canal N es un interruptor del lado bajo (cambia el suelo a la carga).

Para cargas simples sin E / S adicionales, como LED, motores, etc., el interruptor del lado bajo está bien. Para cargas con E / S conectadas a circuitos alimentados por separado, como otros microcontroladores o sensores, generalmente se prefiere mantener la tierra conectada y usar un interruptor de lado alto.