Un elemento más para añadir a nuestra lista de componentes electrónicos es el transistor MOSFET de canal N denominado IRF520. Se trata de un transistor que podrás encontrar en varios formatos, tanto independiente para agregar a tus circuitos, como también en módulo si quieres más comodidades.
En este artículo vamos a ver todos los detalles y especificaciones técnicas del IRF520 y también un ejemplo de cómo se usaría con Arduino.
¿Qué es un transistor MOSFET de canal N? Y cómo funciona
Un MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) es un tipo de transistor de efecto de campo que se utiliza ampliamente en la electrónica moderna. La versión de canal N es la que nos interesa en este caso, y significa que los portadores de carga mayoritarios que conducen la corriente son electrones (cargas negativas).
Como sabes, el MOSFET tiene tres terminales como se aprecia en la imagen superior, como son el de puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). Es decir, el control para abrir o cerrar el flujo de corriente que pasa por el canal desde la fuente al drenador, mientras que la fuente es por donde entra la corriente y el drenador por donde sale la corriente.
El funcionamiento del MOSFET de canal N se basa en la creación de un canal conductor entre el drenador y la fuente al aplicar un voltaje positivo a la puerta. Imagina un sándwich: una capa de material semiconductor de tipo P (con huecos como portadores mayoritarios) actúa como el pan, y entre estas capas hay una capa de óxido (aislante) y una capa de material semiconductor de tipo N (con electrones como portadores mayoritarios). Cuando se aplica un voltaje positivo a la puerta en relación con la fuente, se crea un campo eléctrico que atrae a los electrones libres del material tipo N hacia la interfaz entre el óxido y el material tipo P.
Esta acumulación de electrones en la región cercana a la puerta forma un canal conductor de tipo N. Este canal actúa como un puente entre el drenador y la fuente, permitiendo que la corriente fluya. Al variar el voltaje en la puerta, se puede controlar el ancho del canal y, por lo tanto, la cantidad de corriente que fluye entre el drenador y la fuente. Si se elimina el voltaje de la puerta, el canal desaparece y la corriente se interrumpe.
Cuando no se aplica voltaje a la puerta, no hay campo eléctrico para atraer los electrones y formar el canal. Por lo tanto, el dispositivo está en estado de corte y no conduce corriente. Al aplicar un voltaje positivo a la puerta, se crea un campo eléctrico que atrae a los electrones y forma el canal. Cuanto mayor sea el voltaje, más ancho será el canal y mayor será la corriente que puede fluir.
Como ya sabrás, estos transistores MOSFET se emplean para una gran variedad de aplicaciones diferentes, actuando como amplificadores de señales débiles, hasta conmutadores para circuitos digitales, pasando por inversores para CA, o como controladores de motores, que será el ejemplo que ponga más adelante, permitiendo controlar la velocidad y la dirección del motor CC.
¿Qué es el IRF520?
El IRF520 es un transistor unipolar MOSFET de canal N, como ya he comentado antes. Está diseñado para manejar corrientes y voltajes relativamente altos. Es un componente muy popular en la electrónica debido a su versatilidad y facilidad de uso.
Pinout y características técnicas del IRF520
Las características técnicas del IRF520 varían ligeramente según el fabricante y la versión del dispositivo, pero a continuación te presento un resumen de las especificaciones típicas que encontrarás en su hoja de datos (datasheet):
- Voltaje de drenaje-fuente (Vds): suele ser de 100V, lo que significa que puede soportar una diferencia de potencial de hasta 100 voltios entre el drenador y la fuente.
- Corriente de drenaje continua (Id): alrededor de 9.2A a 25°C, aunque esta puede variar dependiendo de la disipación de potencia.
- Resistencia de encendido: típicamente de 0.27 ohmios, esta es la resistencia entre el drenador y la fuente cuando el MOSFET está completamente encendido. Una resistencia menor significa menores pérdidas por disipación.
- Voltaje de puerta-fuente (Vgs): suele ser de 10V, pero la tensión de umbral (la tensión mínima necesaria para encender el MOSFET) es menor.
- Potencia de disipación: alrededor de 60W, pero requiere un disipador de calor adecuado para operar a esta potencia.
- Empaquetado: suele venir como un TO-220, un paquete de plástico común para transistores de potencia.
- Baja pérdida de conmutación: el IRF520 es conocido por su rápida conmutación, lo que significa que puede cambiar de estado (encendido/apagado) muy rápidamente, minimizando las pérdidas de potencia.
- Alta fiabilidad: es un dispositivo robusto y confiable, ideal para aplicaciones industriales y de consumo.
- Fácil de controlar: se puede controlar con señales digitales de bajo voltaje, lo que lo hace compatible con microcontroladores como Arduino.
Como los transistores, tiene tres pines o pinout, el de la puerta, fuente y drenador, que si se mira el transistor desde su cara delantera, es decir, como aparece en la foto anterior, se tiene que el pin de la izquierda es el 1 correspondiente a la puerta, el pin central es del drenador o 2, y el 3 se corresponde con el de la derecha, que es la fuente.
Formatos y dónde comprar
Además del empaquetado TO del que comenté anteriormente, también existen módulos con el IRF520 que incluyen mayores facilidades para conectar. Su precio es barato, y lo puedes encontrar en multitud de tiendas de electrónica, también en Amazon:
Ejemplo de usos del IRF520 con Arduino
Para finalizar, vamos a incluir un ejemplos de aplicación del IRF520 con nuestra placa favorita, la Arduino UNO. En este caso se usará un módulo HCMODU0083 con un IRF520 que actúa como un controlador o driver para motores de corriente continua o CC. Aquí se puede realizar un control muy preciso, usando pulsos PWM como técnica, y controlando el voltaje de entrada variable, se puede conseguir un control sobre la velocidad del motor.
El circuito para probar el IRF520 es bien sencillo, tan solo tienes que crear el circuito que aparece en la imagen anterior, usando un potenciómetro, una pila de 9V y un motor. En cuanto a la conexión, lo que haremos será conectar las salidas GND y VCC de 5V de la placa Arduino con el potenciómetro y éstos también a las correspondientes GND y VCC del módulo IRF520, y también al pin analógico 3 de Arduino. En cuanto a SIG de nuestro módulo, se conectará directamente a pin 9 de la placa Arduino para su control mediante pulsos PWM. Además, también hay que conectar Vin del módulo a una pila de 9V en nuestro caso, aunque funcionaría con cualquier pila de 5 a 24V. Por último, la ficha marcada como Out en el módulo, con V+ y V- irá conectada a los dos bornes del motor.
/*
IRF520-MOSFET Módulo controlador para motor CC
*/
#define PWM 3
int pot;
int out;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(PWM,OUTPUT);
}
void loop() {
pot=analogRead(A0);
out=map(pot,0,1023,0,255);
analogWrite(PWM,out);
}