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 | ¥500 | Amazon.com |
| MOSFET 2N7000 | ¥20 | 2SK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 |
|---|---|---|
| JFET | Junction | Nチャネル/Pチャネルの2種類。 |
| MOSFET | Metal Oxide Semiconductor | N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
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
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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