2N7000 N Kanal MOSFET 60V 200mA TO-92

2N7000, düşük akımlı elektronik anahtarlama, sinyal kontrolü ve çeşitli dijital devre uygulamalarında kullanılan N kanal enhancement mode MOSFET transistördür. 60V Drain-Source gerilim dayanımı ve 200mA maksimum sürekli Drain akımı sayesinde LED, küçük röle, sinyal hatları ve düşük güçlü elektronik yüklerin kontrolünde kullanılabilir.

Gerilim kontrollü yapısı sayesinde BJT transistörlerden farklı olarak Gate terminalinden sürekli kontrol akımı gerektirmez. TO-92 THT kılıfı breadboard, delikli plaket ve standart PCB uygulamalarında kolay kullanım sağlar.

Teknik Özellikler

• Model: 2N7000
• Transistör Tipi: N Kanal Enhancement Mode MOSFET
• Drain-Source Gerilimi (VDSS): Maksimum 60V
• Sürekli Drain Akımı (ID): Maksimum 200mA
• Darbeli Drain Akımı (IDM): Maksimum 500mA
• Gate-Source Gerilimi (VGS): Maksimum ±20V
• Gate Threshold Gerilimi (VGS(th)): 0.8V – 3V
• Tipik Gate Threshold Gerilimi: Yaklaşık 2.1V
• RDS(on): Maksimum 5Ω @ VGS=10V, ID=500mA
• RDS(on): Maksimum 5.3Ω @ VGS=4.5V, ID=75mA
• Maksimum Güç Dağılımı (PD): 400mW @ 25°C
• Junction-Ortam Termal Direnci (RθJA): 312.5°C/W
• Çalışma Sıcaklığı: -55°C ile +150°C
• Kılıf Tipi: TO-92
• Montaj Tipi: THT
• Pin Sayısı: 3

2N7000 Pin Dizilimi ve Anahtarlama Devresi

onsemi 2N7000 TO-92 versiyonunda komponentin düz yüzü kullanıcıya bakacak ve bacaklar aşağı doğru olacak şekilde pin dizilimi soldan sağa Source, Gate ve Drain şeklindedir.

• Pin 1 – S / Source: Low-side uygulamalarda genellikle GND hattına bağlanır
• Pin 2 – G / Gate: MOSFET'in iletim durumunu kontrol eden giriş terminalidir
• Pin 3 – D / Drain: Yük akımının geçtiği Drain terminalidir

Pin dizilimi üretici ve paket varyantına göre kontrol edilmelidir. Devre montajından önce kullanılan fiziksel ürünün üretici datasheet'i doğrulanmalıdır.

Çalışma Prensibi

2N7000 enhancement mode N kanal MOSFET'tir. Gate ile Source arasına yeterli pozitif gerilim uygulandığında Drain ile Source arasında iletim kanalı oluşur ve yük akımı Drain'den Source'a doğru akabilir.

Gate gerilimi Source seviyesine çekildiğinde MOSFET kapanır ve Drain-Source akımı kesilir. MOSFET'in Gate terminali yalıtılmış yapıda olduğundan kararlı durumda çok düşük Gate akımı çeker.

Low-Side Anahtarlama

Görselde 2N7000, N kanal low-side anahtar olarak kullanılmıştır. Source terminali GND'ye, Drain terminali LED yüküne ve yükün diğer tarafı +5V besleme hattına bağlanmıştır.

Gate terminaline yeterli pozitif kontrol gerilimi uygulandığında MOSFET iletime geçer ve LED akımı Drain-Source üzerinden GND'ye akar. Kontrol sinyali LOW olduğunda MOSFET kapanır ve LED söner.

Gate Threshold Gerilimi

2N7000 için Gate Threshold Voltage (VGS(th)) değeri yaklaşık 0.8V ile 3V arasındadır. Ancak bu değer MOSFET'in tam olarak açıldığı çalışma gerilimi değildir.

VGS(th), MOSFET üzerinden yalnızca çok küçük bir test akımının akmaya başladığı Gate-Source gerilimini ifade eder. Bu nedenle örneğin VGS(th)=2V olan bir MOSFET'in 2V Gate geriliminde düşük RDS(on) ile yüksek akım taşıyacağı varsayılmamalıdır.

3.3V ve 5V Kontrol Sinyalleri

2N7000 düşük akımlı uygulamalarda 5V lojik sinyallerle yaygın şekilde kullanılabilir. onsemi datasheet'inde RDS(on) değeri VGS=4.5V koşulunda da karakterize edilmiştir.

3.3V Gate geriliminde MOSFET iletime geçebilir; ancak datasheet'te 3.3V için maksimum RDS(on) değeri garanti edilmediğinden yüksek yük akımlarında tam iletim varsayılmamalıdır.

3.3V sistemlerde çok düşük iletim direnci gerekli ise 3.3V Gate seviyesinde RDS(on) değeri açıkça belirtilmiş logic-level MOSFET tercih edilmesi daha uygun olabilir.

Gate Direnci – 220Ω

Görselde kontrol sinyali ile Gate arasına 220Ω seri direnç bağlanmıştır. MOSFET Gate'i DC durumda önemli miktarda sürekli akım çekmese de Gate yapısı elektriksel olarak kapasitif davranır.

Anahtarlama anında Gate kapasitesinin şarj ve deşarj edilmesi sırasında kısa süreli akım darbeleri oluşabilir. Seri Gate direnci bu akım darbelerini sınırlandırmaya, yüksek frekanslı salınımları azaltmaya ve mikrodenetleyici çıkışını korumaya yardımcı olabilir.

220Ω değeri örnek bir değerdir ve tüm uygulamalar için zorunlu veya optimum kabul edilmemelidir.

100kΩ Gate Pull-Down Direnci

Görselde Gate ile GND arasında bulunan 100kΩ direnç, kontrol çıkışı boşta veya yüksek empedansta kaldığında Gate üzerinde istenmeyen elektrik yükü birikmesini önlemeye yardımcı olur.

Bu direnç Gate gerilimini Source seviyesine çekerek MOSFET'in kontrol sinyali bulunmadığında kapalı durumda kalmasını sağlar.

LED Anahtarlama Uygulaması

Görselde +5V besleme ile LED arasında 330Ω seri direnç bulunmaktadır. Bu direnç LED üzerinden geçen akımı sınırlandırmak amacıyla kullanılır.

LED akım sınırlama direnci yaklaşık olarak aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

RLED ≈ (VSUPPLY − VF(LED) − VDS) / ILED

330Ω değeri +5V ile çalışan standart düşük akımlı LED uygulaması için örnek bir değerdir. Kullanılacak LED'in ileri yön gerilimi ve hedeflenen akım değerine göre direnç yeniden hesaplanmalıdır.

60V Drain-Source Gerilim Dayanımı

2N7000 için maksimum Drain-Source gerilim dayanımı 60V'tur. Bu değer MOSFET'in Drain ile Source terminalleri arasında dayanabileceği mutlak maksimum gerilim sınırını ifade eder.

Normal devre tasarımında 60V sınırına kadar çalışmak yerine anahtarlama darbeleri, besleme toleransları ve transient gerilimler için uygun güvenlik payı bırakılmalıdır.

200mA Sürekli Drain Akımı

onsemi 2N7000 için maksimum sürekli Drain akımı 200mA olarak belirtilmektedir. Bu değer mutlak maksimum cihaz sınırıdır.

200mA değeri MOSFET'in her besleme, Gate gerilimi ve ortam sıcaklığında sürekli 200mA taşıyabileceği anlamına gelmez. Gerçek çalışma akımı RDS(on), güç kaybı, Gate gerilimi, ortam sıcaklığı ve güvenli çalışma alanı dikkate alınarak belirlenmelidir.

500mA Darbeli Drain Akımı

2N7000 kısa süreli darbeli çalışma koşullarında 500mA seviyesine kadar Drain akımı sınıfına sahiptir. Bu değer sürekli akım değeri değildir.

Darbeli kullanımda darbe süresi, duty cycle, junction sıcaklığı ve datasheet'teki Safe Operating Area sınırları dikkate alınmalıdır.

RDS(on) ve İletim Kaybı

MOSFET iletime geçtiğinde Drain ile Source arasında belirli bir direnç bulunur. Bu direnç RDS(on) olarak adlandırılır.

onsemi 2N7000 için VGS=10V koşulunda maksimum 5Ω, VGS=4.5V ve düşük Drain akımı koşulunda maksimum 5.3Ω RDS(on) değeri belirtmektedir.

MOSFET üzerindeki yaklaşık iletim güç kaybı aşağıdaki ilişki ile hesaplanabilir:

P ≈ ID² × RDS(on)

Yük akımı yükseldikçe güç kaybı karesel olarak arttığından 2N7000 yüksek akımlı güç anahtarlama uygulamaları için uygun değildir.

MOSFET Gate Yapısı

BJT transistörlerden farklı olarak MOSFET Gate terminalinden sürekli Base akımı gerektirmez. Gate, Source terminaline göre uygulanan gerilim ile kontrol edilir.

Bununla birlikte Gate yapısı statik elektriğe duyarlıdır. Elektrostatik deşarj MOSFET'in Gate oksit tabakasına zarar verebileceğinden komponent taşınırken ve devreye monte edilirken uygun ESD önlemleri alınmalıdır.

Endüktif Yüklerin Kontrolü

2N7000 röle, küçük motor, solenoid veya bobin gibi endüktif yükleri anahtarlamak için kullanılacaksa yük kapatıldığında oluşabilecek yüksek gerilim darbeleri dikkate alınmalıdır.

DC endüktif yüklerde yükün üzerine uygun bir flyback diyot veya farklı bir transient koruma elemanı eklenmelidir. Görselde kullanılan LED endüktif bir yük olmadığı için flyback diyot gerekli değildir.

TO-92 Kılıf

2N7000 kompakt TO-92 plastik kılıfa sahiptir. THT montaj yapısı breadboard, delikli plaket ve standart PCB projelerinde kullanım kolaylığı sağlar.

TO-92 kılıfın termal kapasitesi sınırlı olduğundan yüksek güç kaybı gerektiren uygulamalarda daha büyük paketli düşük RDS(on) değerine sahip MOSFET'ler tercih edilmelidir.

Devre Tasarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler

• 2N7000 N kanal enhancement mode MOSFET'tir
• onsemi TO-92 versiyonunda önden pin sırası Source - Gate - Drain şeklindedir
• Maksimum Drain-Source gerilimi 60V'tur
• Maksimum sürekli Drain akımı 200mA'dır
• 500mA değeri darbeli Drain akımıdır
• Gate-Source gerilimi maksimum sınırları aşılmamalıdır
• VGS(th) değeri MOSFET'in tam iletim gerilimi olarak değerlendirilmemelidir
• 3.3V Gate seviyesinde düşük RDS(on) garanti edildiği varsayılmamalıdır
• Gate girişinin boşta kalmaması için pull-down direnci kullanılabilir
• Seri Gate direnci anahtarlama akım darbelerini ve salınımları azaltmaya yardımcı olabilir
• Endüktif yüklerde uygun flyback veya transient koruması kullanılmalıdır
• Maksimum güç ve sıcaklık sınırları aşılmamalıdır

Kullanım Alanları

• Düşük akımlı elektronik anahtarlama
• LED kontrol devreleri
• Dijital sinyal anahtarlama
• MOSFET Gate sürücü devreleri
• Küçük röle sürme uygulamaları
• Küçük servo ve motor kontrol devreleri
• Seviye dönüştürücü devreler
• Arduino uygulamaları
• Mikrodenetleyici çıkış devreleri
• Robotik ve otomasyon projeleri
• Elektronik prototipleme
• Elektronik eğitim ve deney projeleri

Paket İçeriği

• 1 Adet 2N7000 N Kanal MOSFET 60V 200mA TO-92