Perche' con un MOSFET si possono pilotare carichi maggiori?

Sto leggendo la guida ufficiale di arduino e leggo:

Ogni pin puo alimentare dispositivi fino a 20mA. Se si prova a gestire qualcosa come un motore, il pin smette di funzionare e si potrebbe bruciare il processore.

GIUSTO.

Continua dicendo che si dovrebbe usare un mosfet.

nel circuito vi e' un motore alimentato con i 9V (piu' un diodo e il mosfet).

Purtroppo non ho capito a cosa serva il mosfet ... :frowning: e come funzioni veramente

Per sapere come funzionano veramente Ti devo invitare di sudiare un testo di elettronica che tratta questo tema. Per sapere come usarli o avere un idea come funzionano non é necessario avere tutte le nozioni teoriche e complicate che potrebbe darti un testo tecnico.

Ci sono 2 tipi di transistori:
BJT ovvero NPN e PNP
FET come MOSFET

Il NPN ha 3 piedini. La corrente tra collettore e emettitore e proporzionale alla corrente tra base e emettitore. Con una corrente piccola che entra nella base si puó regolare la corrente grande che entra nell collettore.

Il MOSFET (vale per quelli comunemente usati) ha anche 3 piedini. La tensione applicata tra Gate e Source cambia la resistenza e percui la corrente tra Drain e Source. Con una tensione e quasi senza corrente si puó regolare una corrente grande. I Mosfet sono piú potenti rispetto ai BJT. Comunque ci sono aplicazioni dove un BJT ha vantaggi.

Usando i transistori come interuttori si da abbastanza corrente/ tensione per avere la massima corrente possibile nell'utenza.

In poche parole si usa un transistore per poter gestire carchi maggiori.

Ciao Uwe

Rodrigoson6:
Purtroppo non ho capito a cosa serva il mosfet ... :frowning: e come funzioni veramente

Puoi pensare al mosfet come al rubinetto del lavandino, più lo apri più acqua passa (= corrente) e serve poca forza per farlo ( = poca corrente).

uwefed:
Per sapere come funzionano veramente Ti devo invitare di sudiare un testo di elettronica che tratta questo tema. Per sapere come usarli o avere un idea come funzionano non é necessario avere tutte le nozioni teoriche e complicate che potrebbe darti un testo tecnico.

Ci sono 2 tipi di transistori:
BJT ovvero NPN e PNP
FET come MOSFET

Il NPN ha 3 piedini. La corrente tra collettore e emettitore e proporzionale alla corrente tra base e emettitore. Con una corrente piccola che entra nella base si puó regolare la corrente grande che entra nell collettore.

Il MOSFET (vale per quelli comunemente usati) ha anche 3 piedini. La tensione applicata tra Gate e Source cambia la resistenza e percui la corrente tra Drain e Source. Con una tensione e quasi senza corrente si puó regolare una corrente grande. I Mosfet sono piú potenti rispetto ai BJT. Comunque ci sono aplicazioni dove un BJT ha vantaggi.

Usando i transistori come interuttori si da abbastanza corrente/ tensione per avere la massima corrente possibile nell’utenza.

In poche parole si usa un transistore per poter gestire carchi maggiori.

Ciao Uwe

Diciamo che la funzione dei transistor bipolari l’ho capita…
In poche parole se si da una corrente alla base, si fa circolare corrente tra collettore ed emettitore (si chiude il circuito). Ma sul mosfet ancora non ci siamo molto…

Allego un’immagine di un circuito trovato sul web:

Dicendo che con un mosfet si possono gestire carichi piu’ alti, suppongo che significa (ad esempio in questo caso) che affinche’ il motore “funzioni” servano piu’ di 20 mA. Quindi il motore assorbe molta corrente, e di conseguenza un pin di arduino non potrebbe soddisfare questa richiesta.
Nel circuito al motore arriva la tensione di Vin (ok), ma anche al gate del mosfet.

  1. Vorrei sapere: tra drain e source come varia la corrente in base alla tensione applicata al gate? Piu’ alta la tensione e piu’ e’ alta la corrente che va da drain a source?

  2. Nel circuito la velocita’ del motore la si pilota con il pin 9 PWM … ?

  3. non capisco che corrente arriva al motore… Quanti mA ?

  4. il diodo serve ad evitare che eventuali correnti con verso opposto (proveniente dal motore) vadano ad arduino…?

Rodrigoson6:

  1. Vorrei sapere: tra drain e source come varia la corrente in base alla tensione applicata al gate? Piu’ alta la tensione e piu’ e’ alta la corrente che va da drain a source?

Ni, i mosfet di potenza funzionano in modo diverso dai transistor, sebbene la corrente massima, o detto massima e non quella che scorre, cambia in funzione della tensione presente sul gate (lo fa in modo molto ripido e non lineare, ovvero non esiste un beta/hfe che ti dice Ic in funzione di Ib) i mosfet di potenza si usano sempre completamente aperti oppure completamente chiusi.
In pratica puoi vedere un mosfet di potenza come l’equivalente di un interruttore che può essere aperto e chiuso molto velocemente.
Questo perché la caratteristica più interessante di un mosfet di potenza è la Rdson, ovvero la minima resistenza tra Drain e Source, a seconda dei modelli può scendere fino a pochi mohm.

  1. Nel circuito la velocita’ del motore la si pilota con il pin 9 PWM … ?

Si, in questo caso il motore vede ai suoi capi una tensione equivalente pari al valore della tensione di alimentazione del motore moltiplicata per dutycycle/100 (il duty espresso come percentuale), meno le perdite date da RdsonI.
Esempio pratico se alimenti il motore con 12V, il duty cycle è 50%, Rdson vale 100 mohm, il motore sta consumando 500 mA la tensione equivalente vista da quest’ultimo vale 12-0.1
0.5 * 50/100 = 11.95 * 0.5 = 5.98V.
Perché il motore vede la tensione equivalente invece di 12V dipende dal fatto che è un carico induttivo, una resistenza vederebbe sempre e solamente 12V, però cambierebbe comunque la potenza che dissipa rispetto alla DC, per il momento prendilo come un dogma perché se prima non studi cos’è un induttore e come si comporta non puoi capire cosa succede.

  1. non capisco che corrente arriva al motore… Quanti mA ?

Questo dipende esclusivamente dal tipo di motore e dal carico meccanico ad esso applicato, per farla breve un motore a vuoto assorbe una certa corrente, quanto te lo dice il costruttore con riferimento alla tensione nominale, e aumenta all’aumentare dello sforzo meccanico.

  1. il diodo serve ad evitare che eventuali correnti con verso opposto (proveniente dal motore) vadano ad arduino…?

Non tanto per le correnti, che sono un effetto e non una causa, per la extratensione inversa generata da tutti i carichi induttivi, possono arrivare a molte decine di Volt, se non centinaia, sono altamente distruttive per i componenti elettronici che lavorano a bassa tensione come Arduino.
Perché succede questo dipende sempre dal fatto che il motore è un carico induttivo, non è possibile spiegarti il motivo senza che prima apprendi le basi sugli induttori.

Astro mettiamo che nel cicruito che ho allegato nel precedente post, il motore e gate siano collegati a 5V, e diciamo che il motore assorbe circa 100mA (e' solo un esempio eh).

Questi 100mA da dove arrivano????
Se da ogni pin esce molta meno corrente????

Perdona la mia ignoranza!

Rodrigoson6:
Questi 100mA da dove arrivano????
Se da ogni pin esce molta meno corrente????

Dalla sorgente di alimentazione del motore, ovvero i 5V, te l'ho già detto il mosfet è solo un interruttore, il motore è collegato tra il positivo e il negativo con in mezzo un interruttore, il mos, Arduino non deve fornire nessuna corrente al motore, solo pochi uA., se non nA, al Gate del mos per tenerlo polarizzato.

astrobeed:

Rodrigoson6:
Questi 100mA da dove arrivano????
Se da ogni pin esce molta meno corrente????

Dalla sorgente di alimentazione del motore, ovvero i 5V, te l'ho già detto il mosfet è solo un interruttore, il motore è collegato tra il positivo e il negativo con in mezzo un interruttore, il mos, Arduino non deve fornire nessuna corrente al motore, solo pochi uA., se non nA, al Gate del mos per tenerlo polarizzato.

Giusto, dal 5V arrivano circa 500mA (l'avevo confuso con un normale pin).

Perdonami se insisto ma ti chiedo:

Nell'immagine al filo verde (del motore) arriva la corrente di alimentazione...
Ma al filo giallo? L'onda modulata?

Vorrei capire l'onda modulata del pin 9 per quale filo va al motore(?) ? Dal drain?

Rodrigoson6:
Nell'immagine al filo verde (del motore) arriva la corrente di alimentazione...
Ma al filo giallo? L'onda modulata?

Al filo giallo non arriva nulla, devi vedere il tutto come un motore collegato ad una batteria con in mezzo un interruttore, Arduino è quello che apre e chiude l'interruttore molto velocemente.
Se prima non ti studi cos'è un induttore e come funziona questo discorso finisce qui, è impossibile darti ulteriori spiegazioni tecniche, non hai le basi per comprenderle.

astrobeed:

Rodrigoson6:
Nell’immagine al filo verde (del motore) arriva la corrente di alimentazione…
Ma al filo giallo? L’onda modulata?

Al filo giallo non arriva nulla, devi vedere il tutto come un motore collegato ad una batteria con in mezzo un interruttore, Arduino è quello che apre e chiude l’interruttore molto velocemente.
Se prima non ti studi cos’è un induttore e come funziona questo discorso finisce qui, è impossibile darti ulteriori spiegazioni tecniche, non hai le basi per comprenderle.

Se il mos funge da interuttore, se e’ vero che fa passare corrente da drain a source solo se a gate c’e’ tensione, allora nell’immagine il mosfet e’ sempre chiuso (poiche al gate - piedino centrale- stanno 5v). No???

EDIT: nell’immagine, potete dirmi da sinistra a destra quali sono i pin del mosfet???

E’ : drain-gate-source
Oppure: gate-drain-source ???

Rodrigoson6:
Se il mos funge da interuttore, se e' vero che fa passare corrente da drain a source solo se a gate c'e' tensione, allora nell'immagine il mosfet e' sempre chiuso (poiche al gate - piedino centrale- stanno 5v). No???

Dove sta scritto che il gate è il pin centrale ?
Il gate è il pin a sinistra, collegato con il filo marrone al pin 9 (PWM), a seconda del modello/costruttore del componente l'assegnazione dei pin cambia, addirittura può essere diversa anche sullo stesso modello, la cosa viene specificata tramite una lettera aggiuntiva alla sigla.
Per sapere come sono disposti i pin tocca fare sempre riferimento al data sheet del componente, possibilmente quello rilasciato dal produttore specifico quando lo stesso componente è realizzato da più produttori.

astrobeed:

Rodrigoson6:
Se il mos funge da interuttore, se e' vero che fa passare corrente da drain a source solo se a gate c'e' tensione, allora nell'immagine il mosfet e' sempre chiuso (poiche al gate - piedino centrale- stanno 5v). No???

Dove sta scritto che il gate è il pin centrale ?
Il gate è il pin a sinistra, collegato con il filo marrone al pin 9 (PWM), a seconda del modello/costruttore del componente l'assegnazione dei pin cambia, addirittura può essere diversa anche sullo stesso modello, la cosa viene specificata tramite una lettera aggiuntiva alla sigla.
Per sapere come sono disposti i pin tocca fare sempre riferimento al data sheet del componente, possibilmente quello rilasciato dal produttore specifico quando lo stesso componente è realizzato da più produttori.

Ahhh ecco, allora il mio dubbio era fondato...

Quindi nell'immagine e' cosi:

gate-drain -source giusto?

Rodrigoson6:
Quindi nell'immagine e' cosi:
gate-drain -source giusto?

Esatto.

astrobeed:

Rodrigoson6:
Quindi nell'immagine e' cosi:
gate-drain -source giusto?

Esatto.

Ultime domande, ho quasi capito tutto:

mi aspettavo che almeno uno dei due fili del motore andasse a GND. Perche' non e' cosi?

Al filo verde arrivano i 5V dal pin 5V , e al filo giallo arrivano dal drain del mosfet.

Mi sarei aspettato solo i 5V che vanno al filo giallo (e che arrivano dal drain) e il filo verde a Gnd. Perche' il mio ragionamento e' sbagliato?

Rodrigoson6:
. Perche' il mio ragionamento e' sbagliato?

Perché, per l'ennesima volta, devi vedere il mos con un interruttore, quando è chiuso il motore è collegato col il filo verde al +5V e con il filo giallo a GND.

astrobeed:

Rodrigoson6:
. Perche’ il mio ragionamento e’ sbagliato?

Perché, per l’ennesima volta, devi vedere il mos con un interruttore, quando è chiuso il motore è collegato col il filo verde al +5V e con il filo giallo a GND.

Giusto XD perdonami ma sai che sono ancora alle primissime armi, e nemmeno da qualche giorno ho letto dei bipolari e quindi vedendo i pin del fet facevo una confusione assurda. Ora mi e’ tutto chiaro :wink:

Grazie ancora astro! :slight_smile:

cosi sarebbe giusto il circuito ?

motore e mosfet.PNG

La piedinatura può cambiare anche se cambi marca del componente. Non c'è uno standard.
Bisogna leggere il datasheet del componente acquistato.
Quello schema può essere giusto per un componente ma sbagliato per uno stesso componente di un diverso produttore.

PaoloP:
La piedinatura può cambiare anche se cambi marca del componente. Non c'è uno standard.
Bisogna leggere il datasheet del componente acquistato.
Quello schema può essere giusto per un componente ma sbagliato per uno stesso componente di un diverso produttore.

Gisto. Diciamo che il mostet dell'immagine e' giusto (gate,drain,source). E' giusto???

Ho dubbi sul diodo.....

Da come ho capito, la sua funzione serve ad evitare che eventuali extratensioni inverse (quando ad esempio il motore rallenta o si gira con la mano) risalgano il circuito arrivando quindi ai 5V di arduino e danneggiandolo.
Nel circuito che ho creato (l'immagine), ho sbirciato un po su internet perche' non sapevo come metterla....

Mi chiedo: l'ho messa in parallelo perche provoca una caduta di tensione e quindi si evita che al mosfet arrivi una tensione che possa danneggiarlo??? E' giusto???

Si mette in antiparallelo (o “polarizzato inversamente”) per far sì che normalmente non conduca.
Però ora si torna al consiglio di Astrobeed, devi studiare i carichi induttivi: gli induttori normalmente si oppongono al passaggio della corrente finché non sono carichi, si caricano però di una corrente di pari intensità a quella che li attraversa ma di verso (tensione) opposto. Quando togli l’alimentazione, la carica elettrica ripercorre la linea in senso opposto (perché è una tensione inversa, come detto, quindi con verso opposto) fino al transistor o al mosfet. Che si danneggiano perché picchi di piccola intensità ma elevata tensione. Con il diodo si crea un passaggio agevolato per la corrente (diciamo che “preferisce” passare dal diodo) e si scarica in un punto in cui non fa danni agli integrati.