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Calculadora de transistor o MOSFET como interruptor

¿Este transistor enciende mi carga desde un pin de 3,3 V o 5 V? Elige la placa, el componente y la carga: obtienes la resistencia de base o el veredicto sobre la puerta con los valores que garantiza la hoja de datos, el calor, el diodo de rueda libre y mejores opciones cuando no funciona.

Veredicto
Funciona
RDS(on) como máximo 48 mΩ con 3,3 V en la puerta, 0,21 W de calor
Calor
0,21 W
Unión
52 °C
Tensión de puerta
3,3 V
El circuito
+12 VCARGAGDSAO3400AGPIO3,3 V100 Ω10 kΩ

Mejores opciones

Las formas habituales de conmutar la misma carga, ordenadas según lo bien que encajan con tus valores.

Ahora, AO3400A: 0,21 W de calor, unión a 52 °C.

Menos calor

MOSFET de nivel lógico

Un MOSFET con la RDS(on) garantizada a 2,5 V o 4,5 V conduce por completo desde un pin de 3,3 V o 5 V, con poco calor.

IRLML6344: 0,16 W de calor, unión a 41 °C.

PWM rápido

Driver de puerta

Un driver como el TC4427 (1,5 A, alimentación de 4,5–18 V, entrada alta desde 2,4 V) pone 10–12 V en la puerta y conmuta en nanosegundos: para MOSFET estándar y PWM rápido.

TC4427 con una alimentación aparte de 9 V (regulador o zener) y un AO3400A: 0,14 W, unión a 42 °C.

Diodos integrados

ULN2003A o ULN2803A

7 u 8 canales Darlington con los diodos de rueda libre integrados, 50 V y 500 mA por canal: para relés, solenoides pequeños y motores paso a paso. Cada canal tiene una caída de 1–1,6 V.

Supera los 300 mA por canal que admite con este pin.

Módulo MOSFET

Comprueba qué MOSFET lleva el módulo. El habitual módulo IRF520 necesita unos 10 V en la puerta; los módulos con un MOSFET de nivel lógico o con driver funcionan desde 3,3 V.

Aislado

Módulo de relé

Aísla por completo la carga y conmuta CA o CC casi sin calor. No admite PWM, es lento y la bobina consume su propia corriente: comprueba que la entrada del módulo funcione a 3,3 V.

Cargas en CA

Relé de estado sólido (SSR)

Para cargas de red en CA: silencioso y sin contactos que se desgasten. Los modelos de CA no conmutan CC: para eso hay modelos de CC.

Protegido

Interruptor de lado positivo integrado

Chips como los PROFET de Infineon conmutan el lado positivo con un MOSFET de canal N y una bomba de carga integrada, con limitación de corriente y protección térmica.

Pin del microcontrolador
V
mA

Un pin del ESP32 entrega hasta 40 mA con la capacidad de salida (drive strength) al máximo; el ajuste por defecto es el nivel de 20 mA, que es el que se usa aquí.

Transistor

SOT-23 · hasta 30 V y 5,7 A · RDS(on) 48 mΩ garantizada desde 2,5 V · umbral hasta 1,45 V

Carga
V
A

Para un motor, introduce la corriente de bloqueo: es la que consume al arrancar o cuando está bloqueado.

Posición del interruptor

Lado de masa (low side): transistor entre la carga y masa. Lado positivo (high side): entre la alimentación y la carga, con un MOSFET de canal P.

Hz

Deja 0 si solo enciendes y apagas.

°C

Resultados

Carga12 V × 2 A = 24 W (carga resistiva)
Puerta100 Ω en serie, 10 kΩ entre puerta y masa
RDS(on)como máximo 48 mΩ, garantizada a 2,5 V (3 A); la puerta recibe 3,3 V, umbral hasta 1,45 V
Caída de tensión0,11 V (RDS(on) de 54 mΩ en caliente): 0,21 W
Temperatura de unión52 °C = 25 °C + 0,21 W × 125 °C/W
Límites12 V de 30 V · 2 A de 5,7 A
Sin disipadorhasta 1 W a 25 °C (θJA 125 °C/W)

Consejos

Mantén la resistencia de 10 kΩ entre puerta y masa: mientras el microcontrolador arranca, sus pines quedan flotando y el MOSFET podría encenderse solo.

Con varios amperios circulando, separa el retorno de masa de la carga del cable de masa del microcontrolador: únelos en la fuente de alimentación.

Un SOT-23 disipa el calor por el cobre del pin de drenador: el valor de la hoja de datos supone unos 6,5 cm² (1 pulgada²); con solo el pad se calienta mucho más.

El microcontrolador y la alimentación de la carga deben compartir masa; si no, la puerta o la base no tienen referencia.

Texto listo para pegar en un foro o en una issue.

Cómo decide la calculadora

Un transistor usado como interruptor debe estar del todo cortado o del todo en conducción. Del todo en conducción significa saturado en un bipolar y con su RDS(on) baja en un MOSFET: la caída entre sus extremos es pequeña, y el calor también. La calculadora comprueba que tu pin pueda llevarlo hasta ahí usando solo los valores que garantiza la hoja de datos y después calcula el calor y la temperatura de unión.

Transistores bipolares: corriente y resistencia de base

La hFE de la hoja de datos se mide con varios voltios entre los extremos del transistor, no en saturación. Para la tensión de saturación VCE(sat) las hojas de datos usan una ganancia mucho menor, normalmente IC = 10 × IB (20 × en el BC547 y 250 × en el Darlington TIP120). La calculadora usa esa misma ganancia forzada, así que la tensión de saturación del resultado está garantizada.

IB = IC ÷ β(forzada)
RB = (VGPIO − VBE(sat)) ÷ IB
P = VCE(sat) × IC + VBE(sat) × IB

Ejemplo: un ESP32 que activa la bobina de un relé de 12 V y 70 mA con un 2N2222A. IB = 70 ÷ 10 = 7 mA y RB = (3,3 − 1,2) ÷ 0,007 = 300 Ω, redondeada hacia abajo a 270 Ω para que la base reciba algo más. El transistor tiene una caída de 0,3 V como máximo: unos 30 mW, nada preocupante. A 300 mA la base necesitaría 30 mA, más de los 20 mA que debería dar un pin del ESP32: ahí conviene un MOSFET.

MOSFET: la tensión de puerta que de verdad está garantizada

La tensión umbral VGS(th) no es la tensión a la que conduce el MOSFET: es aquella a la que apenas empieza a conducir, a 250 µA o 1 mA. Lo que importa es la RDS(on) que garantiza la hoja de datos con una tensión de puerta dada. El AO3400A la garantiza a 2,5 V y conduce por completo desde un pin de 3,3 V. El IRLZ44N la garantiza desde 4 V: bien desde 5 V, sin garantía desde 3,3 V. El IRF520 y el IRF540N solo a 10 V. Entre el umbral y el punto garantizado más bajo la hoja de datos no promete nada, y la calculadora lo dice en vez de adivinar.

P = I² × RDS(on)(Tj) + Pconmutación
Tj = Ta + P × θJA

La RDS(on) aumenta con la temperatura, unas 1,5 veces a 125 °C en estas hojas de datos (1,43 en el AO3400A y 1,8 en el 2N7000, según sus tablas). La calculadora la sube con la temperatura de unión y repite hasta que ambas coinciden. Ejemplo: un AO3400A controlado por un ESP32 que enciende una tira LED de 2 A a 12 V. A 3,3 V vale el valor garantizado a 2,5 V, 48 mΩ: 2² × 0,048 = 0,19 W, unos 0,21 W en caliente. Con 125 °C/W la unión llega a unos 52 °C.

Por qué el módulo IRF520 no funciona a 3,3 V

El típico módulo rojo con el IRF520 conecta el pin de señal casi directamente a la puerta de un IRF520. Su umbral puede llegar a 4 V y su RDS(on) solo está garantizada a 10 V. Desde un ESP32 a 3,3 V puede que ni conduzca; desde un Arduino a 5 V conduce solo en parte y se calienta con unos pocos amperios. Desde 5 V puedes sustituirlo por un MOSFET de nivel lógico con el mismo patillaje, como el IRLZ44N o el IRLB8721. Desde 3,3 V usa un MOSFET garantizado a 2,5 V o un driver de puerta.

Motores, relés y solenoides: el diodo de rueda libre

Una bobina se opone a los cambios de corriente. Cuando el transistor se corta, la bobina mantiene la corriente y su tensión se dispara hasta que algo cede, normalmente el transistor. Un diodo en paralelo con la carga, con el cátodo hacia el positivo, le da un camino a esa corriente. Para relés que solo se encienden y apagan basta un 1N4148 (bobinas pequeñas) o un 1N4007; con PWM en un motor usa un diodo Schottky como el 1N5819 (1 A) o el SS34 (3 A), adecuado a la corriente de la carga.

Lado positivo: MOSFET de canal P y adaptador de nivel

A veces la carga debe seguir conectada a masa y el interruptor va entre la alimentación y la carga. Con un MOSFET de canal P la fuente va al positivo y una resistencia lleva la puerta a la misma tensión (cortado); un pequeño NPN controlado por el pin lleva la puerta a masa (en conducción). La puerta ve entonces toda la tensión de alimentación: por encima del 80 % del límite de la puerta la calculadora añade un divisor. Un pin no puede controlar directamente el MOSFET de canal P si la alimentación supera la tensión del pin: el MOSFET no se cortaría nunca.

PWM y pérdidas de conmutación

En cada flanco el MOSFET pasa un instante a medio conducir, con tensión y corriente a la vez. Un pin del microcontrolador carga y descarga la puerta con unas decenas de miliamperios, así que un IRLZ44N (48 nC) necesita unos microsegundos por flanco: nada a 1 kHz, unos vatios a 20 kHz con 5 A. La calculadora lo estima como ½ × V × I × (tiempo de subida + bajada) × frecuencia, con toda la carga de puerta, lo que peca por exceso. Para PWM rápido usa un MOSFET pequeño con poca carga de puerta o un driver.

Los transistores de la lista

ComponenteTipoEncapsuladoV máx.I máx.GarantizadoA 3,3 VA 5 VθJA
2N2222ANPNTO-9240 V600 mAVCE(sat) 1 V / 500 mA——200 °C/W
2N3904NPNTO-9240 V200 mAVCE(sat) 0,3 V / 50 mA——200 °C/W
BC547NPNTO-9245 V100 mAVCE(sat) 0,6 V / 100 mA——200 °C/W
S8050NPNSOT-2325 V500 mAVCE(sat) 0,6 V / 500 mA——417 °C/W
TIP120NPN DarlingtonTO-22060 V5 AVCE(sat) 4 V / 5 A——62,5 °C/W
2N7000MOSFET de canal NTO-9260 V200 mARDS(on) 5,3 Ω / 4,5 Vno garantizada5,3 Ω313 °C/W
BS170MOSFET de canal NTO-9260 V500 mARDS(on) 5 Ω / 10 Vno garantizadano garantizada357 °C/W
AO3400AMOSFET de canal NSOT-2330 V5,7 ARDS(on) 48 mΩ / 2,5 V48 mΩ32 mΩ125 °C/W
Si2302MOSFET de canal NSOT-2320 V2,6 ARDS(on) 75 mΩ / 2,5 V75 mΩ57 mΩ175 °C/W
IRLML6344MOSFET de canal NSOT-2330 V5 ARDS(on) 37 mΩ / 2,5 V37 mΩ29 mΩ100 °C/W
IRLZ44NMOSFET de canal NTO-22055 V47 ARDS(on) 35 mΩ / 4 Vno garantizada25 mΩ62 °C/W
IRLB8721MOSFET de canal NTO-22030 V62 ARDS(on) 16 mΩ / 4,5 Vno garantizada16 mΩ62 °C/W
IRF520MOSFET de canal NTO-220100 V9,2 ARDS(on) 270 mΩ / 10 Vno garantizadano garantizada62 °C/W
IRF540NMOSFET de canal NTO-220100 V33 ARDS(on) 44 mΩ / 10 Vno garantizadano garantizada62 °C/W
AO3401AMOSFET de canal PSOT-2330 V4 ARDS(on) 85 mΩ / −2,5 V——125 °C/W
IRF9540NMOSFET de canal PTO-220100 V23 ARDS(on) 117 mΩ / −10 V——62 °C/W

Valores máximos garantizados a 25 °C de las hojas de datos de los fabricantes (onsemi, CJ, Alpha & Omega, Vishay, Infineon). A 3,3 V y a 5 V: la RDS(on) garantizada con esa tensión de puerta. La θJA se mide en la placa de prueba de cada fabricante, unos 6,5 cm² de cobre para los SOT-23: con menos cobre se calientan más.

Preguntas frecuentes

¿Puede un ESP32 controlar un MOSFET directamente?

Sí, si la RDS(on) del MOSFET está garantizada a 2,5 V o menos, como en el AO3400A, el Si2302 o el IRLML6344. Añade 100 Ω en serie con la puerta y 10 kΩ entre puerta y masa, para que siga cortado mientras arranca el ESP32. El IRLZ44N, que a menudo se vende como de nivel lógico, solo está garantizado desde 4 V.

¿Por qué mi módulo IRF520 no funciona a 3,3 V?

Porque el IRF520 no es un MOSFET de nivel lógico: su umbral puede ser de 4 V y su RDS(on) solo está garantizada a 10 V. Desde 3,3 V puede que ni conduzca. Usa un driver de puerta, un módulo con un MOSFET de nivel lógico o un MOSFET garantizado a 2,5 V como el AO3400A.

¿Qué resistencia de base necesita un transistor como interruptor?

RB = (VGPIO − VBE(sat)) ÷ IB, con IB = IC ÷ 10 para la mayoría de los transistores pequeños (IC ÷ 20 para el BC547). Para 100 mA desde un Arduino de 5 V con un 2N2222A: IB = 10 mA y RB = (5 − 1,2) ÷ 0,01 = 380 Ω, así que 330 Ω.

¿TIP120 o MOSFET?

Desde un Arduino de 5 V el TIP120 funciona con poca corriente de base, pero su caída llega a 2 V a 3 A: hasta 6 W de calor. Un MOSFET de nivel lógico tiene una caída de unas decenas de milivoltios con la misma corriente. Desde un ESP32 elige un MOSFET garantizado a 2,5 V.

¿Hace falta un diodo de rueda libre?

Sí, en todo lo que tenga una bobina: motores, relés, solenoides, electroválvulas, ventiladores. Ponlo en paralelo con la carga, con el cátodo (el extremo con la franja) hacia el positivo. Las tiras LED y las resistencias calefactoras no lo necesitan.

¿Cuánta corriente puede conmutar un MOSFET en SOT-23?

Sobre el papel varios amperios, pero decide el calor. Un AO3400A controlado desde un pin de 3,3 V disipa unos 0,2 W a 2 A y se queda cerca de 50 °C; a 3 A se acerca a 100 °C. Más cobre alrededor del pin de drenador ayuda.

¿Lado de masa o lado positivo?

El lado de masa (transistor entre la carga y masa) es más sencillo: un MOSFET de canal N o un NPN controlado directamente desde el pin. Usa el lado positivo cuando la carga debe seguir conectada a masa, por ejemplo un sensor que comparte masa con el microcontrolador: entonces un MOSFET de canal P con un pequeño NPN que lleva su puerta a masa.