Arduino MOSFETガイド：12VのLEDテープ、モーター、ポンプを制御する

Arduino MOSFET回路は、20 mA程度しか流せないArduinoのピンで、12 VのLEDテープ、DCモーター、水ポンプ、ソレノイドロックのように数アンペアを消費する負荷をオン・オフする最も効率のよい方法です。MOSFETは電圧で制御する電子スイッチです。ゲートに5 Vを加えるとドレインとソースの間はほぼ抵抗ゼロの導線のようになり、0 Vでは完全に遮断されます。適切に選んだロジックレベルMOSFETなら、ヒートシンクなしで3 Aの負荷を流しても少し温かくなる程度です。

このガイドでは、MOSFETの仕組み、すべてのMOSFETがArduinoに向いているわけではない理由（IRLZ44NとIRF520の違い）、ゲート抵抗・プルダウン抵抗・フライバックダイオードの役割、PWMで速度や明るさを調整する方法を学びます。さらに後半には、12 VのLEDテープ、DCモーター、ポンプ、ソレノイド用のすぐに使えるコード、ESP32とRaspberry Pi Picoの例、発熱とヒートシンクの計算、MOSFET・トランジスタ・リレーの比較表があります。

MOSFETとは？仕組みを解説

MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）は、ゲート、ドレイン、ソースの3本の足を持つ電界効果トランジスタです。ゲートは薄い酸化膜で素子のほかの部分から絶縁されているため、定常的な電流は流れ込まず、小さなコンデンサのようにふるまいます。ゲートとソースの間の電圧（VGS）が一定のしきい値を超えると、ドレインとソースの間に導電性のチャネルができ、負荷電流がそこを流れます。従来のBJTトランジスタはベース電流で駆動しますが、MOSFETは電圧で駆動します。Arduinoのピンが電流を供給するのは、ゲートを充放電する数マイクロ秒の間だけです。

Arduinoのプロジェクトでは、ほぼ必ずNチャネルMOSFETを負荷のマイナス（GND）側に置きます。これをローサイドスイッチングといいます。負荷のプラス側の線は外部電源のプラス端子に直接つなぎ、マイナス側の線はMOSFETのドレインに、ソースはGNDにつなぎます。こうすると、ゲート・ソース間の電圧はそのままArduinoのピンの電圧になります。データシートで確認すべき値は次のとおりです。

ロジックレベルMOSFET：IRLZ44N、IRF520など

最もよくある間違いは、VGS(th)を見て「しきい値は4 V、Arduinoは5 Vを出すから動くはず」と考えることです。しきい値は、チャネルがわずか250 µAを流す点にすぎません。MOSFETが低い抵抗で数アンペアを流すには、ゲート電圧がしきい値を十分に上回っている必要があります。正しい問いは「データシートはどのVGSでRDS(on)を保証しているか？」です。4.5 Vか5 Vで規定されていれば、そのMOSFETは5 VのArduinoで完全にオンになり、ロジックレベルMOSFETと呼ばれます。10 Vでしか規定されていなければ標準MOSFETで、Arduinoのピンでは半分しかオンになりません。International Rectifier（現在のInfineon）の命名では、IRLで始まる部品（IRLZ44N、IRLB8721、IRL540N）がロジックレベルで、IRFZ44N、IRF520、IRF540Nは標準品です。

表から導けるルールは単純です。Uno、Nano、Megaのような5 Vのボードでは、RDS(on)が4.5 Vか5 Vで規定されているMOSFETを選びます。ESP32やPicoのような3.3 Vのボードでは少し難しくなります。IRLZ44NやIRLB8721のような定番のTO-220 MOSFETのデータシートは、3.3 Vでの値を何も保証していないからです。これについてはESP32の節で改めて説明します。パッケージで選ぶのもやめましょう。IRLZ44NとIRFZ44Nは同じパッケージで刻印もほとんど同じですが、たった1文字（L）の違いがArduinoにとってはすべてを変えます。ピンの並びはトランジスタのピン配置一覧ツールで確認できます。TO-220のMOSFETでは、印字面を手前に向けたとき左からゲート、ドレイン、ソースの順で、金属のタブはドレインにつながっています。

Arduino MOSFETの配線：ゲート抵抗、プルダウン、GNDの共通化

基本回路の部品は5つです。MOSFET、ゲート抵抗、プルダウン抵抗、誘導性負荷用のフライバックダイオード、そして外部電源です。下の表は3種類のボードでの配線を示しています。負荷の例は12 VのLEDテープまたはモーターです。この記事のコードはすべてこのピンを使います。

ゲート抵抗（100〜220 Ω）は、ゲート容量が充電される間にピンから流れる瞬間的な電流を制限します。IRLZ44Nの入力容量は約1700 pFで、抵抗がないと、切り替わるたびにピンは一瞬ショートに近い状態になり、ゲートのラインにリンギングが起き始めます。220 Ωなら、ピーク電流は最大でも5 / 220 ≈ 23 mAで、それでもゲートは数マイクロ秒以内に充電されます。プルダウン抵抗（10 kΩ）は、ピンが入力状態のとき、つまりArduinoの起動中、リセット中、新しいスケッチの書き込み中に、ゲートが浮いた状態になるのを防ぎます。浮いたゲートはノイズを拾って中途半端に充電されることがあり、するとMOSFETは半分オンの状態になって、モーターが勝手に回り、すぐに過熱します。プルダウン抵抗はゲート抵抗のMOSFET側、つまりゲートとソースの間に直接入れてください。そうすれば制御線が外れてもMOSFETはオフのままです。2つの抵抗は小さな分圧回路になりますが、影響は無視できる程度です。ゲートに届くのは5 × 10000 / 10220 ≈ 4.89 Vです。

フライバックダイオード：モーター、ポンプ、ソレノイドに必要な理由

モーター、ポンプ、ソレノイド、リレーのコイル、ファンのような誘導性負荷は、電流が急に止まることに逆らいます。MOSFETがオフになった瞬間、コイルに蓄えられた磁気エネルギーが、ドレインに電源電圧をはるかに超える電圧スパイクとして放出されます（V = L × di/dt）。このスパイクがMOSFETのVDS定格を超えて素子を壊したり、Arduinoをリセットさせるノイズを生んだりします。対策は、負荷と並列に逆向きにダイオードをつなぐことです。カソード（帯のある側）を電源のプラスに、アノードをドレインにつなぎます。通常動作ではダイオードには逆バイアスがかかり、電流は流れません。MOSFETがオフになると、コイルの電流はダイオードを通って循環し、穏やかに減衰します。MOSFETのボディダイオードは負荷と並列ではなく、ソースとドレインの間にあるので、この役目は果たせません。詳しくはダイオードとは？を参照してください。

ステップごとに解説：Arduinoで12 VのLEDテープを調光する

1. 部品をそろえる：Arduino Uno、IRLZ44N、220 Ωと10 kΩの抵抗、10 kΩのポテンショメーター、12 VのLEDテープ、そしてテープの電流をまかなえる12 Vアダプターを用意します。
2. テープの電流を計算する：1 mあたり60個のLEDが付いた5050テープは1メートルあたり約14.4 Wを消費し、12 Vでは1.2 Aになります。2メートルなら2.4 Aが必要なので、20%の余裕を見てアダプターを選びます（3 A以上）。
3. MOSFETを配置する：IRLZ44NのソースをGNDのラインに、ゲートを220 Ωを介してD9につなぎ、ゲートとGNDの間に10 kΩを入れます。
4. 負荷をつなぐ：テープの+12Vの線はアダプターのプラスに、マイナスの線はMOSFETのドレインにつなぎます。ブレッドボードの接点が扱えるのは1 A程度です。それ以上の電流なら、ネジ端子を使うか負荷の線をはんだ付けしてください。
5. ポテンショメーターをつなぐ：両端の足を5VとGNDに、中央の足をA0につなぎます。
6. GNDをつないでテストする：アダプターのマイナスをArduinoのGNDにつなぎ、コードを書き込んでから、アダプターを接続します。

1// IRLZ44N ile 12 V LED şerit parlaklık kontrolü / 12 V LED strip dimming with an IRLZ44N
2const int STRIP_PIN = 9;    // PWM pini, 220 Ω ile gate'e / PWM pin, to the gate via 220 Ω
3const int POT_PIN = A0;     // potansiyometre orta ucu / potentiometer wiper
4
5void setup() {
6  pinMode(STRIP_PIN, OUTPUT);
7  digitalWrite(STRIP_PIN, LOW);             // açılışta kapalı / off at startup
8  Serial.begin(9600);
9}
10
11void loop() {
12  int pot = analogRead(POT_PIN);            // 0–1023
13  float x = pot / 1023.0;                   // 0.0–1.0
14  int duty = (int)(x * x * 255.0 + 0.5);    // basit gama düzeltmesi / simple gamma correction
15  analogWrite(STRIP_PIN, duty);             // D9'da 490 Hz PWM / 490 Hz PWM on D9
16  Serial.print("Parlaklik / Brightness: %");
17  Serial.println(duty * 100 / 255);
18  delay(50);
19}

analogWrite()は9番ピンに、1秒間に約490回オン・オフを繰り返すPWM信号を出力します。0は完全にオフ、255は完全にオンです。UnoのPWMピンは3、5、6、9、10、11で、5番と6番ピンは約980 Hzで動作します。目は明るさを直線的には感じないので、ポテンショメーターの値を2乗する（簡単なガンマ補正）と、暗い領域でずっとなめらかに調整できます。PWMの詳細はPWMとは？にあります。発熱も確認しておきましょう。2.4 AのときIRLZ44Nが消費する電力はP = I² × RDS(on) = 2.4² × 0.025 ≈ 0.14 Wなので、触ってもぬるい程度です。一方、LEDテープ自体は28.8 Wを使うので、MOSFETでの損失は全体の1%未満です。

PWMによるDCモーターとポンプの速度制御

モーターやポンプの駆動もLEDテープと同じ回路を使います。違いは、負荷と並列にフライバックダイオードを追加することだけです。モーターには突入電流もあります。止まっているモーターは、回り始めの瞬間に動作中の電流の3〜8倍を流すことがあります。そのため、MOSFETと電源はモーターのストール電流に合わせて選び、0からいきなり255にせずソフトスタートを使ってください。ミニ水中ポンプは3〜6 Vで約0.1〜0.3 A、12 Vのダイヤフラムポンプは通常0.5〜1 Aを消費します。IRLZ44Nはどちらも十分な余裕をもって扱えます。ただし、ミニポンプは12 Vアダプターからではなく、ポンプ自体の電圧（5〜6 V）の電源から給電してください。MOSFETの回路は同じです。ポンプの選び方や水やりの詳細はミニ水ポンプを参照してください。

1// IRLZ44N ile motor/pompa hız kontrolü ve yumuşak kalkış / Motor or pump speed control with soft start (IRLZ44N)
2const int MOTOR_PIN = 9;     // 220 Ω ile gate'e / to the gate via 220 Ω
3const int POT_PIN = A0;      // hız ayarı / speed setting
4const int MIN_DUTY = 60;     // bunun altında motor yalnızca vızıldar / below this the motor only hums
5
6int current = 0;             // şu anki PWM değeri / current PWM value
7
8void setup() {
9  pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);
10  digitalWrite(MOTOR_PIN, LOW);
11  // TCCR1B = (TCCR1B & 0b11111000) | 0x02;   // isteğe bağlı: D9/D10 PWM ≈3,9 kHz / optional: D9/D10 PWM ≈3.9 kHz
12}
13
14void loop() {
15  int target = map(analogRead(POT_PIN), 0, 1023, 0, 255);
16  if (target < MIN_DUTY) target = 0;         // çok düşük hızda tamamen durdur / stop completely at very low speed
17
18  if (current < target) current++;           // yavaşça hızlan / speed up gently
19  else if (current > target) current--;      // yavaşça yavaşla / slow down gently
20
21  analogWrite(MOTOR_PIN, current);
22  delay(8);                                  // 0→255 yaklaşık 2 s / 0→255 takes about 2 s
23}

このコードは、ポテンショメーターから読んだ目標速度に向かって8 msごとに1段階ずつ近づくので、モーターは約2秒で0から最高速度に達し、突入電流で電源の電圧が下がることもありません。MIN_DUTYはモーターが回り始める最小のPWM値です。手元のモーターで試して見つけてください。490 HzのPWMでは、モーターから耳に聞こえる「キーン」という音が出ます。コメントアウトされたTCCR1Bの行は、D9とD10の周波数を約3.9 kHzに上げます。ServoライブラリもTimer1を使うので、2つを同時に使わないでください。周波数をさらに上げたくなりますが、Arduinoのピンは切り替わるたびに大きなMOSFETのゲートを充電するのに数マイクロ秒かかるため、スイッチング損失は周波数とともに増えます。20 kHz前後では、2 Aのモーターでも、MOSFETに1 W以上の損失が生じることがあります。こうした周波数ではTC4427のようなゲートドライバを使います。

ソレノイドロックと短時間だけ動かす負荷

12 Vのソレノイドドアロックは0.5〜1 Aを消費し、多くは連続通電を前提に設計されていません。長時間オンのままにするとコイルが熱くなります。そのため、コードではロックを数秒間だけ開けておくようにします。ソレノイドはPWMで駆動せずオン・オフするだけなので、フライバックダイオードは1N4007で十分です。下の例では、D2のボタンを押すとロックが3秒間開き、その後はボタンを押し続けていても閉じます。RFIDカードリーダーやキーパッドでロックを動かすには、if文の条件を変えるだけです。ロックの種類や停電時の動作についてはソレノイドロックを参照してください。

1// Butonla 3 saniyelik solenoid kilit açma / Open a solenoid lock for 3 seconds with a button
2const int LOCK_PIN = 9;                 // 220 Ω ile IRLZ44N gate'ine / to the IRLZ44N gate via 220 Ω
3const int BUTTON_PIN = 2;               // buton D2 ile GND arasında / button between D2 and GND
4const unsigned long OPEN_MS = 3000;     // kilidin açık kalma süresi / how long the lock stays open
5
6void setup() {
7  pinMode(LOCK_PIN, OUTPUT);
8  digitalWrite(LOCK_PIN, LOW);          // kilit kapalı / locked
9  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);    // basılınca LOW / LOW when pressed
10}
11
12void loop() {
13  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {
14    digitalWrite(LOCK_PIN, HIGH);       // solenoid çeker, kilit açılır / solenoid pulls in, lock opens
15    delay(OPEN_MS);
16    digitalWrite(LOCK_PIN, LOW);        // bobini soğumaya bırak / let the coil cool down
17    while (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {}   // buton bırakılana kadar bekle / wait until released
18    delay(50);                          // buton zıplamasını süz / debounce
19  }
20}

IRF520モジュールが5 Vで力不足な理由

スターターキットによく入っているIRF520 MOSFETモジュールは、ネジ端子付きの小さな基板で、「24 V、5 A」のような定格で売られています。MOSFETの横に抵抗がいくつかと表示用のLEDが載っており、ほとんどのバージョンにはフライバックダイオードがありません。問題はMOSFETそのものです。IRF520はしきい値2〜4 Vの標準MOSFETで、0.27 ΩというRDS(on)はVGS = 10 Vでしか保証されていません。データシートの代表特性カーブによると、ゲート電圧5 VではIRF520は2 A前後で電流を制限し始めます。しきい値が高い個体だと、この限界は1 Aを下回ります。こうなるとMOSFETはスイッチではなく、可変抵抗のようにふるまいます。

例を挙げましょう。2 Aを消費する12 VのモーターをIRF520モジュールで駆動するとします。MOSFETで1.5 Vの電圧降下があれば、消費電力はP = 1.5 × 2 = 3 Wです。ヒートシンクなしのTO-220パッケージの熱抵抗は62 °C/Wなので、周囲温度より約186 °C高くなります。MOSFETはすぐに過熱して壊れるか、よくてもモーターがゆっくり回るだけです。モジュールのラベルにある5 Aは、ゲートに10 Vを加えた場合にしか当てはまりません。モジュールの端子とつなぎ方は次のとおりです。

• MOSFETを交換する：モジュールからIRF520のはんだを外し、同じピン配置（G-D-S）のIRLZ44Nをはんだ付けします。基板はまったく同じように動作しますが、今度は5 Vで完全にオンになります。
• ロジックレベルのモジュールを使う：AOD4184A（D4184）MOSFETを使った既製モジュールは、4.5 VでのRDS(on)が最大9.5 mΩで、5 VのArduinoで余裕をもって動作します。
• より高い電圧でゲートを駆動する：12 Vで動かすTC4427のようなゲートドライバを使うと、Arduinoの5 Vや3.3 Vの信号がゲートでは12 Vになり、IRF520が本来の性能を発揮できます。ゲート電圧は制限内に収めてください。IRF520は±20 V、IRLZ44Nは±16 Vです。
• 小さな負荷ならそのまま使う：1 A未満（短いLEDテープ、ミニポンプ）なら、IRF520モジュールは5 Vでも許容できる発熱で動作します。MOSFETが触れないほど熱くなったら負荷を減らしてください。

ESP32とRaspberry Pi PicoでMOSFETを使う（3.3 V）

ESP32とPicoのピンは3.3 Vを出力するので、MOSFET選びはさらに重要になります。IRLZ44NのデータシートはRDS(on)を4 Vまでしか規定していません。代表特性カーブでは3 V前後でも数アンペアを余裕で流せますが、しきい値が高い個体ではそれが保証されません。実用的なルールはこうです。3.3 Vのボードでは、2〜3 AまでならIRLZ44NかIRLB8721を使い、負荷を動かしながらテスターでドレイン・ソース間の電圧を測って、P = VDS × Iで消費電力を計算します。ヒートシンクなしのTO-220なら1 W未満に抑えてください。それより大きな電流にはゲートを5〜12 Vに引き上げるドライバを、小さな負荷にはRDS(on)が2.5 Vで保証されているAO3400Aを使います。ESP32では、MOSFET用にGPIO 25、26、27、32、33のようなピンを選びましょう。GPIO 0、2、5、12、15はストラッピングピンで、GPIO 1、3、5、14、15は起動時に一瞬HIGHになったりPWMを出力したりすることがあります。これらのピンでは、起動時に負荷が予期せずオンになったり、プルダウン抵抗が起動を妨げたりすることがあります。

下のESP32のコードは、土壌水分センサーが乾燥を検出すると、MOSFETを通してポンプをソフトスタートで動かし、5秒間水やりをしてから穏やかに止めます。PWMにはESP32 Arduinoコア3.xのledcAttach()とledcWrite()関数を使います。古い2.xではledcSetup()とledcAttachPin()を代わりに使い、ledcWrite()はピンではなくチャンネル番号を受け取っていました。コード内の#ifの行がインストールされているコアに合った呼び出しを選ぶので、どちらのバージョンでもコンパイルできます。ゲートは100 Ωを介して3.3 Vで駆動するため、スイッチング損失を無視できる程度に抑えるよう、周波数は1 kHzにしています。土壌水分センサーの記事のように、自分の土で乾燥時と湿潤時のセンサーの値を測り、それに合わせてDRY_LEVELのしきい値を設定してください。

1// ESP32 + MOSFET ile otomatik sulama pompası / Automatic watering pump with ESP32 + MOSFET
2const int PUMP_PIN = 25;                 // 100 Ω ile gate'e, gate–GND 10 kΩ / to the gate via 100 Ω, 10 kΩ gate–GND
3const int SOIL_PIN = 34;                 // toprak nem sensörü, ADC1 / soil moisture sensor, ADC1
4const int DRY_LEVEL = 2800;              // üstü kuru sayılır, kalibre et / above this counts as dry, calibrate
5const unsigned long WATER_MS = 5000;     // sulama süresi / watering time
6
7void pumpWrite(int duty) {               // 0–255 PWM, iki çekirdek sürümünde / on both core versions
8#if ESP_ARDUINO_VERSION_MAJOR >= 3
9  ledcWrite(PUMP_PIN, duty);             // 3.x: pin numarasıyla / 3.x: by pin number
10#else
11  ledcWrite(0, duty);                    // 2.x: kanal 0 ile / 2.x: by channel 0
12#endif
13}
14
15void pumpRamp(int from, int to) {        // yumuşak hız değişimi / smooth speed change
16  int step = (to > from) ? 5 : -5;
17  for (int d = from; d != to; d += step) {
18    pumpWrite(d);
19    delay(20);
20  }
21  pumpWrite(to);
22}
23
24void setup() {
25  Serial.begin(115200);
26#if ESP_ARDUINO_VERSION_MAJOR >= 3
27  ledcAttach(PUMP_PIN, 1000, 8);         // 1 kHz, 8 bit (0–255); çekirdek 3.x / core 3.x
28#else
29  ledcSetup(0, 1000, 8);                 // çekirdek 2.x: kanal 0 / core 2.x: channel 0
30  ledcAttachPin(PUMP_PIN, 0);
31#endif
32  pumpWrite(0);                          // pompa kapalı / pump off
33}
34
35void loop() {
36  int soil = analogRead(SOIL_PIN);       // 0–4095
37  Serial.printf("Toprak / Soil: %d\n", soil);
38  if (soil > DRY_LEVEL) {
39    pumpRamp(0, 255);                    // yaklaşık 1 s'de tam hıza / full speed in about 1 s
40    delay(WATER_MS);
41    pumpRamp(255, 0);                    // yumuşakça dur / stop gently
42    delay(60000);                        // suyun toprağa yayılmasını bekle / let the water soak in
43  }
44  delay(1000);
45}

Raspberry Pi Picoでは、MicroPythonでPWMを出すのにmachine.PWMクラスだけで十分です。duty_u16()は0〜65535の値を受け取ります。下のコードは、GP15のMOSFETにつないだ12 VのLEDテープに、なめらかな「呼吸」エフェクトを付けます。Arduinoの例と同じく値を2乗して簡単なガンマ補正をしているので、暗い状態から明るい状態への変化が自然に見えます。Picoのピンも3.3 Vを出力するので、ESP32で説明したMOSFETのルールがここでも当てはまります。

1# Pico + MOSFET ile 12 V LED şerit nefes efekti / 12 V LED strip breathing effect with Pico + MOSFET
2from machine import Pin, PWM
3import time
4
5strip = PWM(Pin(15))          # 100 Ω ile gate'e, gate–GND 10 kΩ / to the gate via 100 Ω, 10 kΩ gate–GND
6strip.freq(1000)              # 1 kHz: titreme görünmez / 1 kHz: no visible flicker
7
8def set_level(x):             # x: 0.0–1.0
9    strip.duty_u16(int(x * x * 65535))   # basit gama düzeltmesi / simple gamma correction
10
11while True:
12    for i in range(101):                 # yavaşça aydınlan / fade in
13        set_level(i / 100)
14        time.sleep_ms(20)
15    for i in range(100, -1, -1):         # yavaşça sön / fade out
16        set_level(i / 100)
17        time.sleep_ms(20)
18    time.sleep_ms(500)

発熱、電力の計算、ヒートシンクの選び方

完全にオンになったMOSFETの発熱は、P = I² × RDS(on)という1つの式で決まります。注意点は2つです。1つ目に、RDS(on)は温度とともに上昇します。IRLZ44Nでは100 °Cのとき25 °Cの値の約1.5倍になるので、計算には25 mΩではなく38 mΩを使うほうが現実的です。2つ目に、パッケージが空気中に逃がせる熱には限りがあります。ヒートシンクなしのTO-220の熱抵抗（RθJA）は62 °C/Wで、1 Wごとにチップの温度が周囲より62 °C上がるということです。下の表は、ゲート電圧5 V、ヒートシンクなしでIRLZ44Nがどれだけ熱くなるかを示しています。

ヒートシンクの選定も同じ考え方です。Tj = Tambient + P × (RθJC + RθCS + RθSA)。10 Aで3.8 Wを消費し、室温30 °Cでチップを100 °Cに保ちたいなら、熱抵抗の合計は(100 − 30) / 3.8 ≈ 18 °C/Wを超えてはいけません。IRLZ44Nのジャンクション・ケース間の熱抵抗は1.4 °C/W、放熱グリスを塗った接触面は約0.5 °C/Wなので、ヒートシンク自体は16 °C/W以下である必要があります。これは小型でもフィン付きのTO-220用ヒートシンクに相当します。MOSFETの金属タブはドレインにつながっているので、複数のMOSFETを同じヒートシンクに取り付ける場合は、マイカかシリコンの絶縁シートとプラスチックのネジ用ブッシュを使ってください。PWMでのもう1つの発熱源はスイッチング損失です。490 Hzでは無視できますが、周波数が上がるにつれて大きくなります。

MOSFET、トランジスタ、リレーの比較

まとめると、DC負荷を高速に、静かに、PWMで制御したいならMOSFETを使い、商用電源の照明やコンセントをオン・オフするならリレーモジュールを使います。数百ミリアンペアの小さな負荷なら安価なBJTでも十分です。ベース抵抗の計算はトランジスタとは？にあります。同じモーターを両方向に回す必要がある場合、MOSFET 1個では足りません。4つのスイッチを持つHブリッジが必要なので、L298NモータードライバかMOSFETのHブリッジモジュールを使ってください。

MOSFETを使ったプロジェクトのアイデア

• 自動で点く収納灯や階段灯：PIRセンサーが動きを検出したら、12 VのLEDテープをPWMでふわっと点灯させ、しばらくしたら消します。
• 夕暮れランプ：LDRを使い、部屋が暗くなるにつれてテープの明るさを段階的に上げます。
• スマートファン：DHT11で測った温度が上がるにつれて、12 VのPCファンの回転を速くします。
• 植物の自動水やり：土壌水分センサーとMOSFETで駆動するポンプで、鉢に自動で水をやります。ポンプごとに別々のMOSFETを使ってください。
• カードで開くドアロック：RFID RC522が正しいカードを読み取ったら、12 Vのソレノイドロックを3秒間開きます。
• スマート温室：ファン、ポンプ、ヒーターをそれぞれ別のMOSFETで制御するスマート温室を作ります。

よくある失敗と対処法

MOSFETは、Arduinoを現実世界の大きな負荷につなぐ最もすっきりした方法です。適切に選んだロジックレベルの部品、ゲート抵抗、プルダウン抵抗、そして誘導性負荷用のダイオードがあれば、LEDテープからポンプまで、あらゆるDC負荷を静かに効率よく制御できます。BlueGraysアプリには、PWMによるLEDのフェード、ポテンショメーターでの明るさ調整、スマート水やりステーション、スマート照明といったプロジェクトがあり、ステップごとの回路図とコード付きなので、ここで学んだMOSFET回路をすぐに実際のプロジェクトにできます。