MOSFET: tot el que cal saber sobre aquest tipus de transistor

Hi ha diversos tipus de transistors. Aquests dispositius electrònics són molt importants per a l'electrònica actual, i van suposar un gran avanç per passar de l'electrònica basada en tubs de buit a la basada en estat sòlid, molt més fiable i de menor consum. De fet, els MOSFET són els usats en la majoria dels xips o circuits integrats, encara que també els pots trobar en plaques de circuit imprès per a moltes altres aplicacions.

Doncs bé, com és un dispositiu semiconductor tan important, Et presentaré tot el que necessites saber sobre aquesta obra de la ciència i l'enginyeria que ens permet fer tants circuits i que ens han millorat la vida en molts sentits.

Què és un transistor?

la paraula transistor prové de transfer-resistor, I va ser inventat en 1951, encara que a Europa ja havia patents i desenvolupaments anteriors al fet que els americans presentessin el primer disseny, encara que això ja és una altra història ... En aquell temps es buscava un dispositiu basat en estat sòlid, semiconductor, que pogués substituir les tosques i poc fiables vàlvules de buit que componien els ordinadors i altres aparells electrònics de l'època.

Les vàlvules o tubs de buit té una arquitectura similar a les bombetes convencionals, i per tant també es fonia. Havien de ser substituïdes amb freqüència perquè les màquines seguissin funcionant. A més, s'escalfava, i això vol dir que malbarataven grans quantitats d'energia en forma de calor per la seva ineficiència. Per tant, no eren res pràctics i necessitaven un substitut urgentment.

Doncs bé, en els Bell Labs d'AT & T, Williams Shockley, John Bardeen i Walter Brattain es van posar mans a l'obra en crear aquest dispositiu semiconductor. La veritat és que els va costar molt trobar la clau. Es va mantenir en secret el projecte perquè se sabia que a Europa s'estava desenvolupant alguna cosa similar. Però la II Guerra Mundial es va travessar, i els protagonistes van haver d'anar a la batalla. A la tornada, misteriosament ja havien trobat la solució.

El primer prototip que van crear era molt tosc, i presentava seriosos problemes de disseny. Entre ells, era complex i complicat de fabricar en sèrie. A més, feia servir parts d'or que el encarien i la punta de vegades deixava de fer contacte amb el cristall semiconductor, de manera que deixava de funcionar i calia empènyer perquè tornés a tenir contacte. La veritat és que poc havien solucionat amb aquest invent, però a poc a poc es van anar millorant i van aparèixer nous tipus.

Ja tenien un component electrònic de estat sòlid i més petit per reduir la mida dels aparells de ràdio, alarmes, automòbils, ordinadors, televisors, etc.

Parts i funcionament

El transistor es compon de tres patilles o contactes, que al seu torn fan contacte amb tres zones semiconductores diferenciades. En els bipolars aquestes zones es diuen emissor, base i col·lector. En canvi, en els unipolars, com és el MOSFET, se solen anomenar font, porta i drenador. Has de llegir bé els datasheets o catàlegs per saber identificar bé les seves patilles i no confondre-les, ja que d'això dependrà el funcionament.

La porta o base fa com si fos un interruptor, obrint o tancant el pas de corrent entre els altres dos extrems. Així és com actua. I segons això, es pot usar per a dues funcions bàsiques:

• funció 1: Pot actuar per deixar passar o tallar senyals elèctrics, és a dir, com un interruptor per a l'electrònica digital. Això és important per al sistema binari o digital, ja que controlant la porta (amb 0 o 1), pots obtenir un valor o un altre a la seva sortida (0/1). D'aquesta manera es poden formar portes lògiques.
• funció 2: També es poden usar, per a electrònica analògica, com amplificadors de senyal. Si arriba una petita intensitat a la base, es pot convertir en una més gran entre el col·lector i emissor que es pot fer servir com a sortida.

Tipus de transistors

Un cop vist el funcionament bàsic i una mica de la seva història, al llarg de el temps s'han vingut millorant i creant transistors optimitzats per a un tipus concret d'aplicació, donant lloc a tots aquestes dues famílies que al seu torn tenen diversos tipus:

Recorda que la zona N és un tipus de semiconductor dopat amb impureses donadores, és a dir, compostos pentavalents (fòsfor, arsènic, ...). Això farà que permetin cedir electrons (-), ja que els portadors majoritaris són els electrons, mentre que els minoritaris són els buits (+). En el cas d'una zona P és el contrari, els majoritaris seran els buits (+), per això es denomina així. És a dir, van a atraure els electrons. Per aconseguir això es dopa amb altres impureses acceptores, és a dir, trivalents (alumini, indi, gal·li, ...). Normalment el semiconductor base sol ser silici o germani, encara que hi ha altres tipus. Els dopants solen estar en dosis molt baixes, de l'ordre d'un àtom d'impureses per cada 100.000.000 àtoms de l'semiconductor. En algunes ocasions es poden formar zones pesades o altament dopades com les P + o N + que tenen 1 àtom d'impureses per cada 10.000.

• BJT (Bipolar Junction Transistor): És el transistor bipolar, el més convencional. En aquest cal injectar un corrent de base per regular el corrent de l'col·lector. Dins hi ha dos tipus:
  • NPN: com el seu nom indica, té una zona semiconductora dopada perquè sigui de tipus N perquè actuï com a emissor, una altra central P com a base, i una altra per al col·lector també de tipus N.
  • PNP: En aquest cas és a l'inrevés, la base serà de tipus N, i les dues restants de tipus P. Això alterarà totalment el seu comportament elèctric i la forma en què es fa servir.
• FET (Field Effect Transistor): El transistor d'efecte de camp, i la seva diferència més notable pel que fa a l'BJT és la forma en la qual s'opera amb el seu terminal de control. En aquest cas, el control es fa mitjançant l'aplicació d'una tensió entre la porta i la font. Dins d'aquest tipus hi ha diversos subtipus:
  • JFET: Els d'unió FET són d'esgotament, i tenen un canal o zona semiconductora que pot ser d'un tipus o un altre. Segons això poden ser al seu torn:
    • De canal N.
    • De canal P.
  • MOSFET: Les sigles provenen de Metall Oxide Semiconductor FET, denominat així perquè es fa servir una fina capa de diòxid de silici sota el contacte de la porta per generar el camp necessari amb el qual es pot controlar el pas de corrent pel seu canal perquè hi hagi flux entre la font i emissor. El canal pot ser de tipus P, de manera que hi haurà dos pous N per drenador i font; o de tipus N, amb dos pous tipus P per font i drenador. Són una mica diferents al que anteriors, en aquest cas es pot tenir:
    • Deplection o esgotament:
      • De canal N.
      • De canal P.
    • Enhanced o millorats:
      • De canal N.
      • De canal P.
    • Altres: TFT, CMOS, ...
• Altres.

Les diferències es basen en l'arquitectura interna de les zones semiconductores de cada un ...

MOSFET

Un MOSFET permet manipular grans càrregues, el que pot ser útil per a certs circuits amb el teu Arduino, com ja veuràs. De fet, els seus avantatges ho fan tan útils en l'electrònica moderna. Pot actuar com a amplificador o com a interruptor controlat electrònicament. Per a cada tipus de MOSFET que compris, ja saps que hauries de llegir el datasheet per veure les propietats, ja que no tots són iguals.

La diferència entre un canal N i P és:

• canal P: Per activar el canal P perquè deixi passar el corrent, s'aplica una tensió negativa a la porta. La font s'ha de connectar a una tensió positiva. Tingues en compte que el canal sobre el qual hi ha la porta és de tipus positiu, mentre que els pous per al drenador i font són negatius. D'aquesta manera «s'empeny» a que el corrent passi a través de canal.
• canal N: En aquest cas, s'aplica un voltatge positiu a la porta.

Són elements molt barats, Així que pots comprar un bon grapat d'ells sense un gran cost. Per exemple, aquí tens alguns comercials que pots comprar a les botigues especialitzades:

• No s'ha trobat cap producte..
• Transistors MOSFET de canal N.
• No s'ha trobat cap producte..
• disipadors.

Si ho vas a utilitzar per a majors potències es va a escalfar, així que seria bo fer servir un dissipador per refrigerar una mica ...

Integració amb Arduino

Un MOSFET pot ser molt pràctic per controlar senyals amb el teu placa Arduino, Per tant, pot servir de forma similar a com es feia servir el mòdul relé, Si ho recordes. De fet, també es venen mòduls MOSFET per Arduino, com és el cas de l' No s'ha trobat cap producte., Un dels més populars. Amb aquests mòduls ja tens el transistor muntat en una petita PCB i resulta més senzill d'utilitzar.

Però no és l'únic que pots fer servir amb Arduino, també hi ha altres bastant habituals com el IRF520, IRF540, Que permeten intensitats nominals de 9.2 i 28A respectivament, davant els 14A de l'IRF530.

Hi ha molts models de MOSFET disponibles però no tots són recomanats per utilitzar directament amb un processador com Arduino per les limitació de tensió i intensitat en les seves sortides.

Si fas servir el mòdul IRF530N, per posar un exemple, pots connectar el connector marcat com a SIG a la placa amb un dels pins de la placa Arduino UNO, Com pot ser la D9. Després connecta GND i Vcc a les corresponents de la placa Arduino, com són GND i 5v en aquest cas per alimentar-lo.

Quant al codi simple que regularia aquest esquema senzill seria el següent, que el que fa és deixar passar o no càrrega a la sortida cada 5 segons (en el cas del nostre esquema seria un motor, però pot ser el que vulguis ...):

onst int pin = 9;    //Pin donde está conectado el MOSFET
 
void setup() {
  pinMode(pin, OUTPUT);  //Definir como salida para controlar el MOSFET
}
 
void loop(){
  digitalWrite(pin, HIGH);   // Lo pone en HIGH
  delay(5000);               // Espera 5 segundos o 5000ms
  digitalWrite(pin, LOW);    // Lo pone en LOW
  delay(5000);               // Espera otros 5s antes de repetir el bucle
}