MOSFET IRF520 come interruttore di corrente (Potenza<60W)

Se vogliamo alzare ulteriormente la posta, possiamo sostituire il transistor con un MOSFET IRF520e.

A prima vista i MOSFET ed transistor sembrano molto simili ed in effetti sono entrambi tipologie di transistor; occorre precisare che gergalmente quando si parla di “transistor” ci si riferisce a transistor bipolari, o BJT, e solo quando si parla di MOSFET ci si riferisce ai transistor ad effetto di campo FET. Insomma, sono entrambi transistor ma hanno principi di funzionamento totalmente diversi.

I piedini di un MOSFET sono denominati gate, source e drain, e pertanto vengono usate le sigle Vgs, Is etc per determinare tensioni e correnti del componente in modo analogo ai transistor.

Abbiamo già detto che un transistor usa la corrente Ib per pilotare la corrente Ic, in un MOSFET invece la corrente non transita affatto per il gate che non si comporta come un resistore ma piuttosto come un condensatore.

La caratteristica dei MOSFET è che la corrente che transita dal drain (d) Id è pilotata dalla differenza di tensione tra gate (g) e source(s) Vgs. Se leggiamo le specifiche scopriamo che il componente è in grado di gestire un’alimentazione (Vds) anche di 100V e può arrivare ad impulsi di corrente Idm di 37A o corrente continua a circa 9A; la grossa placca metallica opposta ai 3 pin è direttamente connessa al source ma non è in genere utilizzata per collegamenti elettrici, serve per dissipare il calore e permettere al componente di sostenere una dissipazione di potenza pari a 60W.

In questo tutorial ci ostineremo ad accendere i nostri miseri 3 led, ma dovrebbe essere evidente che potremmo pilotare un carico decisamente più importante.

Ci sono poche differenze rispetto alla breadboard con il transistor. In primo luogo i 3 pin del MOSFET hanno una diversa disposizone, il gate non è al centro, ma è il primo pin a sinistra, poi abbiamo drain e source. La resistenza da 10k non è più necessaria, infatti non c’è proprio corrente sul quel ramo del circuito (parliamo di perdita 100 nanoAmpere); possiamo collegare il pin Arduino direttamente la gate.

Riporto lo schema come di consueto per mostrare in modo chiaro i collegamenti.

A questo punto, la corrente in uscita (od in entrata durante lo spegnimento) dal pin 5 è solo quella necessaria per caricare e scaricare la carica elettrica sul gate, mentre una volta che il gate ha completato il cambio di stato la corrente si limita ad una mera “perdita” misurabile in nanoampere.

Senza volere, abbiamo anche dimostrato perchè i circuiti TTL basati su transistor BJT consumano molto di più degli analoghi circuiti TTL CMOS: con i BJT c’è sempre corrente che scorre per tenere il canale aperto, nei CMOS la corrente scorre solo per il breve lasso di tempo in cui è necessario cambiare stato.

Lo sketch usato al punto precedente è ancora valido, verificate bene di aver collegato tutto come nello schema e quindi ridate alimentazione ad Arduino.

Conclusioni

Abbiamo introdotto sistemi per alimentare carichi via via più pesanti fino a svincolarci totalmente dai limiti di Arduino. Per non complicare gli schemi in questo tutorial abbiamo usato solo 3 led ed una comune batteria da 9V, ma la tecnica rimane la stessa se usassimo una batteria al piompo-acido da 12V e carichi fino ad alcuni Ampere. Sperando di avervi ispirato, vi auguro buon divertimento!