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MOSFETの使い方 [Arduino]

MOSFETはゲートに印加する電圧でドレイン・ソース間の電流を制御する部品です。主にモーター駆動などのスイッチング用に使用されます。

MOSFETにはコンデンサのような入力容量(Ciss)があり、ゲート電流で充電する事によってオンになります。オフの場合は放電します。

使用部品・材料

総額で約620円です。(Arduino本体の値段を除く)

部品/材料値段備考
サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード¥500Amazon.com
MOSFET 2N7000¥202SK型番と同等品。

秋月電子の通販コード(I-09723)
5mm赤色LED OSDR5113A
(5個)
¥100秋月電子の通販コード(I-11655)
カーボン抵抗器数円100Ω(2個)を使用。

FETの種類

FET(Field effect transistor)はユニポーラトランジスタと呼ばれているトランジスタの一種です。

名称英語内容
JFETJunctionNチャネル/Pチャネルの2種類。
MOSFETMetal Oxide SemiconductorNチャネル/Pチャネルの2種類。
※標準のMOSFETの他にパワーMOSFETなどもある

※表内のリンク先はWikipedea。

MOSFET

今回はMOSFETのNチャネルを使用します。

Dドレイン
Gゲート
Sソース

スイッチング

MOSFETのゲートに電圧を印加するとMOSFETがオンになります。

ゲートを「オン/オフ」するにはVGSと呼ばれる「電圧のしきい値」があります。オンの場合は電圧が低いとドレインソース間の電流が僅か数mAぐらいしか流れません。オフは基本的にdigitalWrite(Pin,LOW)で0V(GND)にすれば良いです。

これらの名称に統一性がなく各社では「Vth」(ゲートしきい値電圧)や「VGS(th)」(Gate Threshold Voltage)、「VGS(off)」(ゲート・ソース遮断電圧)、「VGS(off)」(ゲート・カットオフ電圧)などと呼ばれています。

VGSとドレイン電流の関係性はデータシートにある「伝達特性」(Transfer characteristic)を確認すると良いです。

次は2N7000の公式データシートより(2n7000.pdf)

※基本的にゲート電圧が高いと使用できるドレイン電流が増えます

Nチャネル

オンの場合はドレインからソースへ左の点線を通り電流が流れます。オフの場合は右側のドレインとソース間に流れます。ですが「寄生ダイオード」がありますので流れがストップされます。

Pチャネル

オンの場合はソースからドレインへ左の点線を通り電流が流れます。オフの場合は右側のソースとドレイン間に流れます。ですが「寄生ダイオード」がありますので流れがストップされます。

このようにMOSFETは「寄生ダイオード」が特徴的です。

配線図

ゲート抵抗(RG)に100Ωを使用する事により、発振などを防止して動作が安定します。R1の抵抗はLED用(並列)でLED1個に10mA流れるようにしています。(合計50mA)

※ゲート抵抗は他のMOSFETでも基本的に100Ωで良いです。

2N7000の公式データシートより(2n7000.pdf)

このピン配置は間違いやすいのでよくご確認ください。

スケッチ(プログラム)

8ピンがHIGHの時にLEDが点灯、LOW時にLEDが消灯します。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(8,OUTPUT);
}

void loop() {
  Serial.println("HIGH");
  digitalWrite(8,HIGH);
  delay(2500);
  
  Serial.println("LOW");
  digitalWrite(8,LOW);
  delay(2500);
}

最大消費電力(PD)

最大消費電力(PD)は許容損失(PD)、許容チャネル損失(Pch)、全損失(PT)などと呼ばれています。

計算式は

ID × ID × RDS(ON)

です。ID = ドレイン電流、RDS(ON)= ドレイン・ソース間オン抵抗

2N7000の最大消費電力は400mW(25℃時)ですが、温度特性で25℃から1度上がるたびに「3.2mW/℃」で下がります。

今回の配線の消費電力は

0.01875W(18.75mW) = 0.05A(50mA) × 0.05A(50mA) × 7.5Ω

となります。(7.5Ωはデータシート参照)

参考サイト

MOSFETによるスイッチングの基礎 (マルツ)
MOSFETスイッチング

トランジスタのクイックリンク

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公開日:2017年08月13日 最終更新日:2017年08月16日
記事NO:02520