Comportamento de tensão MOSFET de canal N acionado por microcontrolador

Como visto neste modelo LTSpice, estou tentando controlar um LED branco (3,6 Vf a 20 mA) conectado a uma fonte de tensão 7,5 com um MOSFET de canal N 2N7002 e um sinal de controle de 5V de um Arduino.

Dado que a tensão do meu portão é de 5V de um microcontrolador, eu esperava que o MOSFET atuasse basicamente como um comutador. Olhando para o gráfico do 2N7002, considerando que a corrente desejada é 20mA e o Vgs é 5V, eu esperava uma queda de tensão no transistor próxima de zero, de modo que a tensão da fonte fosse ~ 7,5V.

No entanto, como visto no gráfico de simulação, a tensão no transistor é de fato bastante grande, de modo que a tensão da fonte é de apenas ~ 3V (em oposição à esperada ~ 7,5V).

Quando embarquei neste circuito, obtive o mesmo resultado, uma tensão de fonte de ~ 3V.

Alguém pode explicar por que a tensão da fonte do MOSFET é muito menor que o esperado? E alguém pode, por favor, recomendar um transistor que efetivamente me permita nessa situação criar um interruptor para acionar o LED branco com o uso de um sinal de 5V e uma fonte de alimentação de 7,5V?

Coloque a carga entre a fonte de 7,5 Volts e o dreno MOSFET, e você terá um comportamento de comutação.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

No seu layout atual, a fonte está flutuando dependendo da corrente através do LED e do resistor. Portanto, Vgs não é de 0 a 5 Volts, como você supôs, mas é muito menor, dependendo de onde a origem é flutuada em um ponto no tempo.

O que é necessário é que o "switch" conduza quando recebe um sinal positivo do Arduino, puxando seu nó de Drenagem para o terra (ou próximo a ele), expressando assim os ~ 7 Volts desejados no LED + R3.

Apenas para adicionar ao comentário anterior, você pode controlar seu led com o arranjo que forneceu, mas precisará usar um mosfet de canal P.