MOSFET: compuerta aislada

01 · Punto de partida

Tensión que cierra sin corriente

El BJT pide corriente de base (mA del pin); el MOSFET pide tensión en la compuerta y casi nada de corriente. Resultado: un pin de micro conmuta amperios sin despeinarse, y en conducción cae I²×Rds con Rds de miliohmios (frío donde el BJT tibiaría).

Pero tiene letra chica: Vgs que sí abra del todo, compuerta que nunca flota y estática que la perfora. Este tema la lee completa.

• ¿Qué diferencia N de P?
• ¿Qué significan Vgs(th) y Rds(on)?
• ¿Cualquiera sirve con 3,3 V?
• ¿Por qué la compuerta nunca queda al aire?

02 · N y P

Dónde va cada uno

La L del medio (IRLZ) es la que dice “logic”: abre bien con 5 V (y mejor con 3,3 V que un estándar, aunque verificar). Sin L, con 5 V no rinde lo prometido.

03 · Parámetros

Vgs(th), Rds(on) y máximos

Vgs(th): donde empieza

Umbral donde apenas conduce (µA–mA, ej. 2–4 V). NO es “tensión de trabajo”: para Rds bajo hay que ir bien arriba (5–10 V según modelo).

Rds(on) @ Vgs: lo que manda

Resistencia cerrado, válida solo al Vgs declarado. Con menos Vgs, Rds sube y calienta: la trampa n.º 1 con micros de 3,3 V.

Vgs max (±20 V típico)

La compuerta aislada se perfora con sobretensión: 12 V directos a un gate logic pueden pasarse. Divisor o zener si hace falta.

Id max + Rds = P

49 A de hoja con disipador ideal y 25 °C: en tu mesa, P = I²Rds con margen (Tema 4) decide. 3 A en 22 mΩ = 0,2 W: frío.

04 · ESD y medición

Cuidar y verificar

1. 1
   ESD: manos y orden.

   Tocar masa antes, no frotar bolsas, guardar en antiestático. La perforación de gate no se ve: el MOSFET “raro” suele ser uno tocado.

2. 2
   Diodo body con multímetro.

   Entre source y drain hay un diodo interno: modo diodo debe dar ~0,5 V en un sentido y OL al revés (N: negra a source... verificar por hoja). Corto ambos lados = muerto.

3. 3
   Prueba de compuerta (con cuidado).

   Cargar gate a 9 V con R serie 1k (dedo + R, breve) y medir Rds bajo: confirma que abre. Descargar gate a source después. Solo para aprender, no rutina.

05 · Pérdidas en código

BJT vs MOSFET con números

Comparar caída y potencia a tu corriente entre ambas llaves:

def duelo(i_a, vce_sat=0.3, rds_mohm=22):
    p_bjt = vce_sat * i_a
    p_mos = i_a**2 * (rds_mohm / 1000)
    print(f"BJT: Vce 0.3V -> P={p_bjt*1000:.0f}mW")
    print(f"MOS {rds_mohm}miliohm -> P={p_mos*1000:.0f}mW")
    print("Gana:", "MOSFET" if p_mos < p_bjt else "BJT")
    return p_bjt, p_mos


duelo(0.5)
duelo(3.0)

¿A qué corriente se cruzan (BJT 0,3 V vs 22 mΩ)? Resolvé 0,3×I = I²×0,022 a mano y verificá barriendo.

Chequeo logic-level

Verificar que tu Vgs alcanza para el Rds prometido:

def chequeo_gate(modelo, vgs_disp, rds_a, vgs_rds):
    ok = vgs_disp >= vgs_rds
    print(f"{modelo}: disp {vgs_disp}V, Rds vale a {vgs_rds}V ->",
          "OK" if ok else "NO: Rds real mayor, buscar logic-level")
    return ok


chequeo_gate("IRFZ44N", 5, 17.5, 10)
chequeo_gate("IRLZ44N", 5, 22, 5)

06 · Analogía programador

Relay de estado vs. relé de corriente

1. 1
   BJT = controlado por corriente.

   Como un servicio que cobra por request (Ib): mandar cuesta.

2. 2
   MOSFET = controlado por estado.

   Como un flag: ponerlo no cuesta (casi), mantenerlo menos. Ideal para micros.

3. 3
   Gate flotante = undefined.

   Sin pull-down el estado es basura: el sistema hace cualquier cosa. Inicializar siempre.

07 · Exploración

Laboratorio: ¿abre con tu micro?

Elegí carga y mando: el laboratorio calcula P en ambos, verifica logic-level y dicta BJT o MOSFET con su Rds real.

Preguntas para explorar

1. ¿A qué corriente empatan BJT y MOS 22 mΩ? ¿Qué implica?
2. ¿Por qué con 3,3 V el laboratorio duda del IRFZ44N?
3. ¿Cuándo igual conviene BJT aunque pierda en P?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de compuerta

Ejercicio 1: duelo a 2 A

Con duelo(2.0): P BJT vs MOS 22 mΩ. ¿Factor de diferencia? ¿Qué tamaño pediría cada uno?

Ejercicio 2: gate de 3,3 V

Motor 12 V/1 A con micro 3,3 V. Ejecutá chequeo_gate() para IRFZ44N e IRLZ44N. ¿Cuál y con qué R de gate + pull-down?

Ejercicio 3: body diode

En modo diodo medí S-D de un canal N en ambos sentidos. ¿Qué esperás? ¿Qué significa 0 ambos lados?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Compuerta dominada. Ahora, a conmutar amperios: en el próximo tema, MOSFET como llave + taller.