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Cómo leer la hoja de datos de un MOSFET: Vgs(th) frente a la tensión de puerta que realmente aplicas

Por qué el valor del umbral importa en el banco de trabajo

Eliges un MOSFET para conectar y desconectar una carga desde un pin de microcontrolador o una salida lógica. El primer valor que mira la mayoría de la gente es Vgs(th), la tensión umbral de puerta. Parece la tensión necesaria para encender el componente, pero solo es el punto en el que la corriente de drenador empieza a circular de forma medible.

Si excitas la puerta justo en ese punto, el transistor apenas conduce. Se comporta como una resistencia de valor alto, y cualquier corriente que pase por él lo calentará. La región de conmutación útil se sitúa bastante por encima del umbral.

Qué significa realmente la condición de prueba

Las hojas de datos especifican Vgs(th) con una pequeña corriente de drenador de prueba, a menudo de unos pocos cientos de microamperios, con el drenador conectado a una tensión fijada. El valor describe el punto en el que esa pequeña corriente empieza a circular en esas condiciones, no cómo se comporta el dispositivo con diez amperios.

Vgs(th) también tiene un valor típico, un mínimo y un máximo. Los componentes de una misma familia pueden diferir de forma notable, y el umbral disminuye a medida que sube la temperatura de unión. Un diseño que funciona en un banco frío puede comportarse de otra manera cuando el componente se calienta.

Un ejemplo resuelto con valores ilustrativos

Supón que un MOSFET de canal N de nivel lógico figura con un Vgs(th) típico de 1.5 V y un máximo de 2.5 V. Excitas su puerta desde una salida de microcontrolador de 3.3 V. La sobreexcitación, que es la tensión de puerta por encima del umbral, es de 3.3 V menos 1.5 V, es decir, 1.8 V en el caso típico.

En el peor caso, la sobreexcitación es de 3.3 V menos 2.5 V, es decir, solo 0.8 V. El componente puede conducir, pero trabaja cerca del extremo inferior de su curva. La resistencia en conducción, Rds(on), suele especificarse a una tensión de puerta más alta, como 4.5 V, y con 0.8 V de sobreexcitación puede ser varias veces mayor que la cifra destacada. Esos miliohmios adicionales se convierten en calor con la corriente de carga, así que un interruptor que parece correcto sobre el papel puede calentarse mucho en el banco.

Estos valores son solo ilustrativos. Consulta la gráfica de Rds(on) frente a Vgs de tu propio componente, que muestra directamente este compromiso.

Comprobar tú mismo el umbral

Una fuente de alimentación de banco variable permite una prueba sencilla. Conecta el drenador a una fuente a través de una resistencia moderada, pon el terminal de fuente a masa y sube lentamente la tensión de puerta mientras observas con un multímetro la tensión en la resistencia de drenador. La tensión empieza a subir cuando comienza la corriente de drenador, lo que da una idea aproximada de dónde se enciende el componente.

Mantén la tensión puerta-fuente dentro del valor máximo absoluto y usa una resistencia en serie con la puerta para que un error no destruya el componente.

Reglas prácticas para elegir y excitar un MOSFET

Elige un componente cuya Rds(on) esté especificada en o cerca de la tensión de puerta que realmente puedes proporcionar. Si tu lógica es de 3.3 V, busca un dispositivo de nivel lógico con su resistencia en conducción indicada a 2.5 V o menos, y no uno especificado solo a 10 V.

Recuerda que una pequeña resistencia de puerta ayuda a controlar los flancos de conmutación y las oscilaciones, y que un pulldown mantiene la puerta definida. Por último, considera Vgs(th) como el inicio de la historia y deja que la curva de resistencia en conducción decida si el interruptor es lo bastante bueno para tu corriente.