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Transistor MOSFET 2N7000 Canal N
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Transistor MOSFET de Canal N 2N7000, ideal para conmutación de baja potencia.
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¿Qué es el 2N7000?
El 2N7000 es un transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor, comúnmente conocido como MOSFET, de Canal N y modo de enriquecimiento (enhancement mode). Este componente es extremadamente popular en el mundo de la electrónica de baja potencia y prototipado debido a su facilidad de uso, bajo costo y su capacidad para ser controlado directamente con los 5 V de un pin de Arduino Uno. Con los 3,3 V de un ESP32 o una Raspberry Pi conduce en muchas unidades, pero la hoja de datos no lo garantiza. Su encapsulado estándar es el TO-92, lo que facilita su montaje en protoboards y PCBs. A diferencia de los transistores BJT, un MOSFET como el 2N7000 se controla por voltaje en su terminal de gate (compuerta), requiriendo una corriente de entrada prácticamente nula. Esto permite que un pin de microcontrolador, que solo puede suministrar unos pocos miliamperios, pueda conmutar cargas de mayor corriente a través de los terminales drain (drenador) y source (fuente).
La arquitectura interna del 2N7000 se basa en una estructura de silicio simple y robusta. No contiene un SoC o microcontrolador; es un componente discreto. Su funcionamiento se basa en un campo eléctrico generado por la tensión aplicada al gate. Este campo crea un ‘canal’ conductor entre el drain y el source, permitiendo el paso de la corriente. El gate está eléctricamente aislado del canal por una finísima capa de dióxido de silicio (SiO2), lo que le confiere su alta impedancia de entrada característica. No posee circuitos de protección integrados complejos, por lo que se deben tomar precauciones externas, como el uso de diodos flyback para cargas inductivas, para garantizar su longevidad en una aplicación.
Características Técnicas
El 2N7000 opera como un interruptor controlado por voltaje. Cuando la tensión entre el gate y el source (Vgs) supera un cierto valor umbral, conocido como Vgs(th), el transistor comienza a conducir. A medida que Vgs aumenta por encima del umbral, la resistencia entre el drain y el source, llamada Rds(on), disminuye drásticamente, permitiendo que el transistor se comporte casi como un interruptor cerrado. Su principal ventaja es la alta velocidad de conmutación y la baja potencia requerida para su activación, lo que lo hace ideal para aplicaciones de PWM (Modulación por Ancho de Pulso) y control digital de cargas DC.
Especificaciones Eléctricas
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Voltaje Drain-Source (Vds) | 60V |
| Voltaje Gate-Source (Vgs) | ±20V |
| Corriente de Drain Continua (Id) | 200mA |
| Corriente de Drain Pulsada (Idm) | 500mA |
| Resistencia en estado ON (Rds(on)) | < 5.0 Ω @ Vgs=10V, Id=500mA |
| Voltaje de Umbral Gate-Source (Vgs(th)) | 0.8V (min) / 2.1V (typ) / 3.0V (max) @ Id=1mA |
| Disipación de Potencia (Pd) | 400mW |
| Encapsulado | TO-92 |
Comunicación y Pinout
| Pin | Función | Descripción |
|---|---|---|
| 1 (Izquierda) | Source (S) | Terminal de fuente, generalmente conectado a tierra (GND) en configuraciones de conmutación de lado bajo. |
| 2 (Centro) | Gate (G) | Terminal de control. La tensión aplicada aquí controla el flujo de corriente entre Drain y Source. |
| 3 (Derecha) | Drain (D) | Terminal de drenador, conectado a la carga que se desea controlar. |
Dimensiones y Ambiente
| Característica | Valor |
|---|---|
| Dimensiones | Encapsulado estándar TO-92 |
| Temperatura de operación | -55°C a +150°C |
| Grado IP | N/A (Componente para PCB) |
Aplicaciones
- Driver para relés, solenoides y pequeños motores DC de hasta 75 mA con 5 V en la compuerta. Con 10 V en la compuerta el tope es 200 mA, su máximo absoluto.
- Conmutación de tiras de LED y LEDs de alta luminosidad de hasta 75 mA con 5 V en la compuerta. Con 10 V en la compuerta el tope es 200 mA.
- Convertidor de niveles lógicos entre 3,3 V y 5 V, con resistencias de pull up. Con 3,3 V en la compuerta, la hoja de datos no asegura que todas las unidades conduzcan.
- Control de cargas de baja potencia mediante PWM desde un microcontrolador.
- Amplificador de pequeña señal en configuraciones de fuente común.
- Generación de pulsos y circuitos osciladores.
Preguntas Frecuentes
¿Puedo controlar el 2N7000 directamente con un pin de 3.3V de un ESP32?
No está garantizado. El umbral (Vgs(th)) del 2N7000 va de 0,8 V a 3 V según la unidad, y la hoja de datos lo mide con apenas 1 mA de corriente. Con los 3,3 V de un ESP32 muchas unidades conducen lo suficiente para una carga de pocos mA, pero una unidad con el umbral cerca de 3 V apenas conduce. Con los 5 V de un Arduino Uno sí funciona directo con cargas de hasta 75 mA, que es lo que garantiza la hoja con 4,5 V en la compuerta. Para más corriente, hasta los 200 mA, la hoja pide 10 V en la compuerta. Para una carga chica desde un ESP32 usa un transistor NPN de señal como el BC547 o el 2N2222, con su resistencia de base. Ese sí funciona con 3,3 V.
¿Es obligatorio usar una resistencia en el terminal Gate?
Es altamente recomendable. Se debe usar una resistencia de ‘pull down’ (típicamente 10kΩ a 100kΩ) entre el Gate y el Source (GND). Esto asegura que el MOSFET esté apagado por defecto y evita que el Gate quede en un estado ‘flotante’, lo que podría causar una activación errática debido a ruido eléctrico.
¿Cuál es un reemplazo directo o alternativa al 2N7000?
El BS170 es el competidor y reemplazo más común para el 2N7000. Los dos son de 60 V y tienen el mismo umbral de 0,8 V a 3 V. El BS170 aguanta 500 mA continuos en vez de 200 mA. Las patas van en orden inverso. En el 2N7000 las patas 1, 2 y 3 son Source, Gate y Drain, y en el BS170 son Drain, Gate y Source. Si lo pones en el mismo lugar sin girarlo, quedan cambiados el Drain y el Source.
Mi 2N7000 se sobrecalienta y se quema, ¿cuál puede ser la causa?
Las causas más comunes son: 1) Exceder la corriente máxima de drain (Id) de 200mA. 2) Conmutar una carga inductiva (motor, relé) sin un diodo de protección ‘flyback’ en paralelo con la carga. El colapso del campo magnético genera picos de alto voltaje que destruyen el transistor. 3) Alta frecuencia de conmutación (PWM) sin un driver de gate adecuado, lo que causa que el transistor pase demasiado tiempo en la región lineal, disipando mucha potencia.
Mejora tu proyecto
Para sacar el máximo provecho al 2N7000 y proteger tus circuitos, considera estos componentes esenciales:
- Diodo de Protección 1N4007: Indispensable para colocar en paralelo inverso con cualquier carga inductiva (relés, motores, solenoides) para suprimir los picos de voltaje transitorios.
- Pack de Resistencias 10kΩ: Perfectas para ser usadas como resistencias de pull-down en el gate, asegurando un estado apagado estable.
- Protoboard y Cables Jumper: La combinación ideal para montar y probar rápidamente tus circuitos con el 2N7000 y tu microcontrolador favorito.
| Tipo de Componente | Transistor MOSFET |
|---|---|
| Tipo de Canal | Canal N |
| Voltaje Máximo (Vds) | 60V |
| Corriente Máxima (Id) | 200mA |
| Encapsulado | TO-92 |
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