El motor de 12 V se calienta en el conector del Arduino, el pin “PWM” huele a resina, y alguien en el grupo del colegio jura que “con un transistor 2N2222 alcanza”. Media hora después el 2N2222 está en cortocircuito y el regulador del Nano se fue a dormir. El salto que faltaba no era “más código”: era entender qué es un MOSFET y para qué sirve cuando la corriente ya no es de un LED de 20 mA.
Empecemos por lo básico: un MOSFET es un interruptor que se abre y se cierra con un voltaje, no con un dedo. Tú le mandas una señal desde un pin del Arduino y él deja pasar (o corta) una corriente mucho más grande, que viene de otra fuente. El pin da la orden; el MOSFET aguanta la corriente.
Si vienes del transistor común, la diferencia práctica es esa: el bipolar NPN o PNP se controla metiéndole corriente por la base; el MOSFET se controla con voltaje en su terminal de control, y casi no consume nada para mantenerse encendido. Bien elegido, cuando está encendido se comporta como un cable con muy poca resistencia. Mal elegido, se calienta, se queda a medias o se perfora.
Vamos a ir en orden: primero las tres patas y el circuito básico, después para qué sirve de verdad, luego los cuatro datos del datasheet que hay que mirar antes de comprar, y al final el calor, las pruebas con el multímetro y los errores más caros. Con eso vas a poder elegir entre un 2N7000, un IRLZ34 o un IRF9540 sin creerle al amperaje de la carátula.
1. Sus tres patas, sin misterio
Un MOSFET tiene tres terminales, y en los datasheets siempre aparecen con sus nombres en inglés. Vale la pena aprendérselos de una vez, porque los vas a ver toda la vida:
| Terminal | Cómo se traduce | Qué hace |
|---|---|---|
| Gate (G) | Compuerta | Es la pata de control: el voltaje que le pongas aquí abre o cierra el interruptor |
| Drain (D) | Drenador | Por aquí entra la corriente de la carga |
| Source (S) | Fuente o surtidor | Por aquí sale, y es la referencia contra la que se mide el voltaje de la compuerta |
Lo importante de la compuerta es que casi no consume corriente para mantenerse encendida: solo hay que cargarla y descargarla cada vez que conmuta. Por eso un pin de microcontrolador puede manejarla sin esfuerzo, siempre que el voltaje del pin alcance para encenderlo del todo (que es justo el tema de la sección 4).
También existen dos "sabores": el canal N, que es el que vas a usar el 90 % de las veces y corta por el lado de tierra, y el canal P, que corta por el lado positivo y aparece sobre todo en reparación. El IRF9540 es el canal P clásico que verás en cajones de repuestos.
El circuito básico: canal N cortando por tierra
- Source → GND
- Drain → negativo de la carga (tira LED, motor, solenoide, bobina de relé)
- Positivo de la carga → +V de la carga (puede ser 12 V o 24 V aunque el MCU sea 5 V o 3,3 V)
- Gate → pin del MCU con resistencia serie típica 100 Ω–220 Ω
- Pull-down 10 kΩ (típico) de Gate a GND para que no flote al reset
Idea clave: el MOSFET no “fabrica” 12 V desde el pin del Arduino. El pin solo abre o cierra el camino a tierra. La corriente gorda circula Drain–Source y por la fuente de la carga, no por el GPIO.
Cortar por el lado positivo (más avanzado)
Cuando lo que necesitas es interrumpir el positivo de la carga en vez de su retorno a tierra:
- P-MOS con Source a +V, Drain a la carga, Gate bajado respecto de Source para encender (ojo con niveles: un MCU a 3,3 V no “baja” un rail de 12 V solo).
- O N-MOS high-side con driver de bootstrap / CI dedicado (más pro, más correcto en PWM rápido y tensiones altas).
Si tu proyecto es “encender un semáforo de 12 V desde un Nano”, empieza low-side N de logic level. Si necesitas high-side por cableado del chasis, estudia el driver; no copies un esquemático de 5 V a un rail de 24 V a ciegas.
2. Para qué sirve en el mundo real (y para qué no)
Sirve para:
- Conmutar cargas de 12 V / 24 V desde lógica 3,3 V o 5 V con el MOSFET adecuado.
- PWM de LEDs y motores DC (con diodo freewheel en inductivos).
- Drivers de relé más limpios que un bipolar al límite.
- Power path y protección (P-MOS ideal, ideal diodes, etc. — diseño más avanzado).
- Fuentes conmutadas e inversores: el MOSFET (o el IGBT en gamas altas) es el brazo de potencia. En soldadoras inverter el pariente cercano es el IGBT; ver cómo elegir IGBT para soldadora. En SMPS de baja potencia integradas, a veces el FET va dentro del chip (familia TinySwitch y similares): reparar fuente con TNY278.
- Reparación: encontrar un MOSFET de DC-DC en corto entre D y S es pan de cada día en placas quemadas.
No sirve como:
- Sustituto de relé con aislamiento galvánico cuando lo necesitas de verdad (ahí opto + triac, SSR o relé).
- Amplificador lineal de audio “porque el PDF muestra una curva”; se puede, pero el primer uso maker es switch.
- Magia térmica: un TO-220 sin disipador no entrega “50 A continuos” porque un gráfico de pulso de 100 µs lo dibuje.
3. Parámetros del datasheet que sí importan en el banco
| Parámetro | Qué significa en taller | Si lo ignoras… |
|---|---|---|
| VDS max | Tensión máxima Drain–Source | Avalancha al apagar inductivos o picos de red |
| VGS max | Tensión máxima Gate (suele ±20 V típico en muchos FETs de potencia) | Gate perforado por ESD o por 24 V al pin |
| VGS(th) | Umbral: empieza a conducir un poco | Creer que “th = 2 V” implica ON total a 2 V |
| RDS(on) @ VGS = … | Resistencia en ON a un VGS concreto |
VGS(th) no es el voltaje de trabajo. Es el punto donde el FET apenas deja de ser un aislante perfecto. Para conmutar de verdad miras tablas de RDS(on) a 4,5 V, 5 V, 10 V, etc.
Cuánto calor va a soltar. La cuenta es directa:
potencia disipada = corriente × corriente × resistencia en encendido
Un ejemplo de lápiz: con 3 A y una resistencia de 50 mΩ son 3 × 3 × 0,05 = 0,45 W. En un encapsulado TO-220 al aire libre eso es tolerable. Pero con 10 A y esa misma resistencia ya son 5 W, y ahí el dedo deja de ser un disipador aceptable.
En conmutación PWM rápida se suma energía de conmutación (no solo I²R). Por eso un FET “frío en DC” puede calentar en 20–50 kHz mal piloteado.
4. El de "nivel lógico" y el que pide 10 V: la confusión que quema proyectos
Esta es probablemente la causa número uno de MOSFETs recalentados en proyectos de estudiante, y en los videos se mezclan los dos mundos sin avisar:
- El MOSFET de potencia clásico (la familia IRF, entre otras) está pensado para trabajar con 10 V en la compuerta. Si le pones los 5 V de un Arduino conduce "un poco" y se calienta mucho. Con los 3,3 V de un ESP32, a veces ni se mueve.
- El MOSFET de nivel lógico (la familia IRL y muchos modelos modernos) está diseñado para encender del todo con 4,5 V, y algunos incluso con 2,5 V. Es el que necesitas cuando el control viene de un microcontrolador.
Regla mnemotécnica de taller (imperfecta pero útil): IRF ≠ logic por nombre; IRL suele apuntar a lógica — siempre confirma el PDF del part number exacto. Hay excepciones y clones con serigrafía creativa.
| MCU | ¿Qué buscas? |
|---|---|
| Arduino 5 V | FET con buen RDS(on) @ 4,5–5 V, o driver a 10–12 V en Gate |
| ESP32 3,3 V | Logic level serio @ 2,5–4,5 V, o driver de Gate |
| Solo 2N7000 | Señales, LEDs chicos, reles pequeños — no motores gordos |
En catálogo Tecnoelite, el IRLZ34N se vende justamente en la conversación nivel lógico Arduino/ESP32. El 2N7000 es el FET pequeño de señal en TO-92 (60 V de clase, corrientes de cientos de mA en la práctica de banco, no de portada de motor).
5. 2N7000 vs IRLZ34 vs IRF9540: cuándo sacar cada uno del cajón
| Parte | Canal / caja | Uso típico de taller | No lo uses para… |
|---|---|---|---|
| 2N7000 | N, TO-92 | LED, opto, relé pequeño, nivel, prototipo de lógica de potencia liviana | Motor de amperios, tiras LED largas a 12 V sin medir corriente |
| IRLZ34N | N, TO-220 logic | Low-side de cargas de varios amperios con lógica 5 V (y con criterio a 3,3 V) | Asumir 30 A continuos sin cobre ni disipador |
| IRF9540 |
2N7000 — el “casi un transistor chico” del cajón de señal
- VDS de clase 60 V (típico de familia).
- ID continuo del orden de ~200 mA en condiciones de ficha (no lo trates como 5 A).
- Útil para aprender Gate/pull-down y para conmutar bobinas de relé pequeñas si la corriente entra.
- Si el 2N7000 se pone demasiado caliente al tacto en un driver, sube de categoría a TO-220 logic.
IRLZ34N — el low-side de maker que sí habla 5 V
- TO-220: puedes poner disipador.
- Pensado para que el RDS(on) sea usable a tensiones de lógica (lee la tabla del PDF del fabricante de tu lote).
- Pareja natural de tiras LED 12 V, solenoides, motores DC moderados con freewheel.
- Gate: serie + pull-down; si PWM es agresivo, considera driver.
IRF9540 — el P de potencia que aparece en placas y repuestos
- Canal P, VDS de clase 100 V en la familia IRF9540N típica.
- En high-side: Source al rail positivo, carga al Drain, Gate se lleva hacia abajo respecto de Source para encender (con resistencias que no dejen el Gate flotante).
- Un error clásico de reparación: reemplazar un P por un N porque “también es MOSFET negro TO-220”. El silicio no perdona la simetría inventada.
Si estás entre bipolar y FET, vuelve al mapa mental de NPN/PNP: el bipolar sigue ganando en algunos switches de señal y en hFE-known; el MOSFET gana cuando quieres poca corriente de drive y bajo RDS en ON.
6. Cableado seguro: resistencias, freewheel, ESD y layout
Resistencia de Gate (100–220 Ω típica)
Limita picos de corriente al cargar Ciss y suaviza un poco el ringing con inductancia del cable. No es “obligatoria por religión”, pero en protoboard con cables largos es higiene.
Pull-down (o pull-up en P-MOS)
Gate flotante + humedad + dedo = FET a medias o full ON cuando el MCU está en reset. Pull-down a Source/GND en N low-side.
Diodo freewheel en cargas inductivas
Motor, relé, solenoide: al cortar, la inductancia genera pico de tensión. Diodo en anti-paralelo con la carga (cátodo al +V de la carga en low-side N). Sin él, el FET y el layout lloran.
TVS / snubber (cuando el banco se pone serio)
Picos de cable largo, contactores, bobinas gordas: a veces el freewheel solo no alcanza. Eso ya es diseño de potencia, no primer sketch.
ESD en Gate
El óxido que aísla la compuerta es finísimo, y una descarga de estática lo perfora sin que se vea nada por fuera. En reparación de componentes pequeños, la muñequera antiestática no es exageración. Y aunque estés con un TO-220 en la mesa de tu casa, evita manosear la pata de la compuerta después de arrastrar los pies en la alfombra.
Layout de potencias
- Pistas cortas de Source a GND de potencia.
- No devuelvas la corriente del motor por el mismo hilo delgado del sensor ultrasónico.
- Estrella de tierras: señal y potencia se unen en un punto.
7. Calor, disipador y mentiras del “máximo amperaje”
El número de corriente de la primera página del PDF asume temperatura de encapsulado y a menudo un disipador infinito de marketing. En protoboard:
- Estima la potencia: corriente × corriente × resistencia en encendido.
- Súmale un margen si hay PWM a frecuencia alta.
- Si pasa de ~0,5–1 W en TO-220 sin disipador, toca con cuidado (o mide con termopar): si no puedes mantener el dedo, ya estás en zona de riesgo de deriva térmica.
- Cobre de PCB cuenta como disipador pobre; aire quieto en caja cerrada empeora todo.
Paralelizar MOSFETs no es “poner dos y listo”: sin resistencias de Gate separadas y diseño consciente, uno se lleva la corriente. Para un maker, es más sano un FET bien dimensionado que dos mal cableados.
8. El MOSFET dentro de las fuentes y los reguladores
En un módulo buck como el LM2596, el silicio de conmutación puede ir integrado o en el contorno del diseño del módulo. Cuando reparamos fuentes off-line, el FET a menudo está dentro del monólito (TNY, VIPER, etc.). La lección es la misma:
- Cortocircuito D–S → fusible abierto, humo, hiccup.
- Gate dañado → no oscila.
- Sustitución: mismo tipo de canal, voltaje igual o mayor con criterio, encapsulado compatible, no “el que se parecía”.
Si tu día a día es SMPS, la guía de TNY278 es el puente entre “sé qué es un MOSFET” y “lo estoy midiendo a 300 V con lámpara serie”.
En el otro extremo, un MT3608 boost también conmuta a alta frecuencia: el FET está en el chip; tu trabajo de maker es no pedirle milagros de corriente ni polaridad invertida. Ver MT3608 sin quemarlo.
9. Cómo probar un MOSFET en el banco (visión general)
No reemplaza un curve tracer, pero en multímetro:
- Modo diodo entre D y S: suele verse el body diode en un sentido (en N-channel, conducción típica S→D según convención de puntas; practica con un FET bueno conocido).
- Gate en corto a Source para “descargar” y repetir.
- Cargar Gate con la punta (cuidado ESD) y ver si D–S cambia de comportamiento en algunos FETs de señal — es prueba grosera, no veredicto forense.
- En circuito: un FET en corto D–S a menudo se ve como 0 Ω entre pines de potencia.
Para el procedimiento extendido de bipolares y matices de FET, usa la guía hermana de cómo probar un transistor con multímetro cuando esté en el lote; el bipolar se presta mejor al “mapa de uniones”.
10. Los diez errores que más se repiten
- Usar un IRF540 o un IRFZ44 con 3,3 V y después culpar al PWM del ESP32.
- Olvidar el diodo de rueda libre en un motor.
- Dejar la compuerta sin resistencia a tierra: el robot "arranca solo" cuando el micro se reinicia.
- Poner un 2N7000 a manejar un ventilador de 2 A.
- Medir RDS con el FET a medias (VGS insuficiente) y declarar el part “malo”.
- Poner P-MOS al revés en el footprint de un N.
- Compartir GND de potencia con ADC sensibles sin estrella.
- Creer que más kHz de PWM siempre es mejor (más pérdidas de conmutación).
- Soldar TO-220 sin pasta y con disipador flojo “porque total es metal”.
- Comprar “equivalente” solo por amperaje de portada sin mirar VGS de la tabla RDS.
11. Mini proyectos para clavar el concepto
A) LED 12 V low-side con IRLZ34
Fuente 12 V → ánodo LED (o tira) → cátodo al Drain → Source a GND → Gate desde D9 con 150 Ω + 10 k pull-down. PWM analogWrite. Mide el consumo.
B) Relé 5 V con 2N7000
Si la bobina es de pocas decenas de mA, el 2N7000 alcanza. Freewheel en la bobina. Compáralo con un NPN 2N2222: menos corriente de base con el FET.
C) High-side P con IRF9540 en banco de 12 V (solo si ya entiendes polaridad)
No es el primer experimento del martes a las 11 p.m. Dibuja Source al +12, carga al Drain, red de Gate con resistencias, y mide antes de conectar la carga cara.
12. PWM, zona lineal y el olor a quemado “sin estar en corto”
Este es el error del estudiante que ya sabe algo: el MOSFET conduce —hay corriente, la carga funciona— pero no está encendido del todo. Se quedó a medio camino. La consecuencia es que entre sus terminales queda una caída de voltaje apreciable, y la potencia que disipa es esa caída multiplicada por la corriente. El encapsulado se pone al rojo mientras el multímetro, en frío, no acusa ningún cortocircuito.
Síntomas de taller:
- Motor gira flojo y el FET quema el dedo.
- La tira de LED parpadea sucio a bajo duty y el TO-220 está más caliente que la tira.
- Osciloscopio (si tienes) muestra VDS que no cae a casi 0 V en el flanco ON.
Causas frecuentes:
- VGS insuficiente (ESP 3,3 V en un FET de 10 V de Gate).
- Resistencia de Gate enorme + Ciss alta → el PWM nunca termina de cargar.
- Frecuencia absurda (decenas de kHz) con driver débil.
- Conector flojo en Source que levanta la referencia de Gate (inductancia de emisor/source en potencia).
Mitigación: baja frecuencia de PWM a algo civilizado para el primer prototipo (cientos de Hz a unos pocos kHz en motores hobby suelen bastar), asegura VGS de tabla RDS, y mide VDS en ON con carga real. Si VDS_ON × I te da más de un vatio, el diseño no está en conmutación limpia.
Driver de Gate: cuándo deja de alcanzar el pin del MCU
Para un 2N7000 o un IRL a pocos kHz, el GPIO suele bastar. Cuando subes a FETs gordos, puentes H caseros o frecuencias altas, aparecen:
- Chips driver (TC4420 y familia, half-bridge drivers, etc.).
- Alimentación de Gate a 10–12 V aunque la lógica sea 3,3 V (optocoupler + driver, o level shift serio).
- Resistencias de Gate separadas si paralelas dispositivos.
No es el primer martes de MOSFET; es el capítulo siguiente cuando el TO-220 “bueno en datasheet” se calienta solo por conmutar.
13. Del MOSFET al IGBT (puente para reparadores de inverter)
Cuando la tensión y la corriente de un brazo de soldadora o motor industrial crecen, aparece el IGBT: control de puerta similar en espíritu (tensión), pero estructura híbrida pensada para bloques de potencia distintos. Si tu próxima pelea es un inverter de soldar, no fuerces un TO-220 de maker: lee IGBT para soldadora con el mismo rigor de Vce, diodo y driver que aquí aplicaste a VDS y RDS(on).
En reparación de placas de potencia mezclas ambos mundos: un DC-DC de 12 V puede morir por un MOSFET de sync en corto, y el inverter de soldar por un IGBT abierto o en corto de brazo. El hábito es el mismo: corto de potencia primero, driver de puerta después, y nunca energizar a pelo sin limitación.
Preguntas frecuentes
¿MOSFET o transistor bipolar para un relé de 5 V?
Los dos funcionan. El bipolar necesita corriente de base: como regla de taller, la corriente de la carga dividida entre 10 o entre 20. El MOSFET de nivel lógico casi no consume nada por la compuerta una vez encendido. Si ya tienes 2N7000 y la bobina es liviana, FET; si solo hay 2N2222 en el cajón, bipolar bien calculado.
¿Puedo poner un MOSFET en lugar de un relé?
Para DC y misma referencia de tierra, a menudo sí (con diseño). Para aislar o conmutar AC de red, no es un reemplazo 1:1. Relé u opto-triac existen por una razón.
¿Por qué se calienta si “está en ON”?
RDS(on) alto por VGS insuficiente, corriente mayor a la estimada, mal contacto, o PWM en zona lineal. Mide el voltaje real de compuerta en el pin del FET (no en el MCU a 20 cm de cable) y la corriente de la carga.
¿El body diode reemplaza al freewheel del motor?
En algunos cuadrantes el body diode conduce, pero no es excusa para omitir un diodo de freewheel bien puesto en el diseño low-side clásico de motor DC hobby. Pon el diodo.
¿Logic level a 3,3 V es lo mismo que a 5 V?
No. Un FET “feliz” a 5 V puede ser mediocre a 3,3 V. Mira la tabla de resistencia en encendido @ 2,5 V / 3 V / 4,5 V. Si no hay datos, no inventes: mide temperatura en tu PWM real o usa driver.
¿Qué compro primero para el cajón de maker?
Una tira de 2N7000 para señales pequeñas, un par de IRLZ34 para cargas de potencia liviana o media, y si te toca reparar equipos con corte por el lado positivo, un IRF9540. Y no olvides las resistencias de 150 Ω y de 10 kΩ: son parte del circuito, no un accesorio.
Un MOSFET bien usado es un interruptor de tensión con resistencia baja en ON. El oficio no es memorizar la sigla: es mirar VGS real vs tabla RDS(on), respetar freewheel y pull-down, dimensionar calor, y no pedir a un TO-92 lo que solo un TO-220 (o un módulo) puede dar. Cuando el problema salte de un LED a un brazo de inverter, cambia de familia con el mismo método — no con el mismo part number.