Регулятор тока JFET

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Один полевой транзистор с N-канальным переходом, рекомендуется модель 2N3819 или J309 (в каталоге Radio Shack № 276-2035 - модель 2N3819)
• Две 6-вольтовые батареи.
• Один однооборотный потенциометр 10 кОм с линейным конусом (каталог Radio Shack № 271-1715).
• Один резистор 1 кОм.
• Один резистор 10 кОм.
• Три резистора 1,5 кОм.

Для этого эксперимента вам понадобится N-канальный JFET, а не P-канал! Для эксперимента вам понадобится N-канальный JFET, а не P-канал!

Помните, что не все транзисторы имеют одинаковые обозначения клемм или распиновку . , даже если они имеют одинаковый внешний вид. От этого будет зависеть, как вы будете соединять транзисторы вместе и с другими компонентами, поэтому обязательно проверьте спецификации производителя (техническое описание компонентов), которые легко получить на веб-сайте производителя.

Помните, что на корпусе транзистора и даже в техническом паспорте производителя могут отображаться неправильные схемы идентификации клемм! Настоятельно рекомендуется дважды проверить идентификацию контактов с помощью функции «проверка диодов» мультиметра.

Для получения подробной информации о том, как идентифицировать выводы полевого транзистора с помощью мультиметра, обратитесь к главе 5 тома «Полупроводники» (том III) этой серии книг.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 5:«Переходные полевые транзисторы» Уроки электрических схем , Том 3, глава 3:«Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Как использовать JFET в качестве регулятора тока
• Как JFET относительно невосприимчив к изменениям температуры.

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Ранее в этой главе вы видели, как пару биполярных переходных транзисторов (BJT) можно использовать для формирования токового зеркала . , в результате чего один транзистор будет пытаться поддерживать через него такой же ток, как если бы через другой, уровень тока другого установлен посредством переменного сопротивления. Эта схема выполняет ту же задачу по регулированию тока, но использует полевой транзистор с одним переходом (JFET) вместо двух BJT.

Два последовательных резистора R _Adjust и R _limit установить точку регулирования тока, в то время как резисторы нагрузки и контрольные точки между ними служат только для демонстрации постоянного тока, несмотря на изменения сопротивления нагрузки. Чтобы начать эксперимент, прикоснитесь щупом к TP4 и отрегулируйте потенциометр по диапазону его хода.

Вы должны увидеть небольшой изменяющийся ток, показываемый вашим амперметром при перемещении механизма потенциометра:не более нескольких миллиампер. Оставьте потенциометр в положении, обеспечивающем круглое число миллиампер, и переместите черный измерительный щуп измерителя в TP3.

Текущая индикация должна быть почти такой же, как и раньше. Переместите датчик к TP2, затем к TP1. Опять же, вы должны увидеть почти неизменное количество тока.

Попробуйте установить потенциометр в другое положение, чтобы получить другую индикацию тока, и прикоснитесь черным щупом измерителя к контрольным точкам с TP1 по TP4, отмечая стабильность показаний тока при изменении сопротивления нагрузки. Это демонстрирует текущее регулирование поведение этой схемы.

TP5 на конце резистора 10 кОм предназначен для значительного изменения сопротивления нагрузки. Подключение черного щупа вашего амперметра к этой контрольной точке дает общее сопротивление нагрузки 14,5 кОм, что будет слишком большим сопротивлением для транзистора, чтобы поддерживать максимальный регулируемый ток через него.

Чтобы испытать то, что я здесь описываю, прикоснитесь черным щупом к TP1 и настройте потенциометр на максимальный ток. Теперь переместите черный щуп к TP2, затем к TP3, затем к TP4.

Для всех этих положений контрольной точки ток будет оставаться примерно постоянным. Однако, когда вы прикоснетесь черным щупом к TP5, ток резко упадет. Почему? Потому что при таком уровне сопротивления нагрузки падение напряжения на транзисторе недостаточное для поддержания регулирования.

Другими словами, транзистор будет насыщаться, поскольку он пытается обеспечить больший ток, чем позволяет сопротивление цепи. Переместите черный щуп обратно к TP1 и отрегулируйте потенциометр на минимальный ток.

Теперь прикоснитесь черным щупом к TP2, затем к TP3, затем к TP4 и, наконец, к TP5. Что вы замечаете в текущей индикации во всех этих точках? Когда точка регулирования тока настраивается на меньшее значение, транзистор может поддерживать регулирование в гораздо большем диапазоне сопротивления нагрузки.

Важное предостережение при использовании схемы токового зеркала BJT состоит в том, что оба транзистора должны иметь одинаковую температуру, чтобы два тока были равными. Однако для этой схемы температура транзистора практически не имеет значения.

Попробуйте зажать транзистор пальцами, чтобы нагреть его, отмечая ток нагрузки с помощью амперметра. Потом попробуйте охладить его, подуя на него.

Исключается не только необходимость согласования транзисторов (из-за использования всего одного транзистор), но тепловые эффекты также почти устранены из-за относительной тепловой устойчивости полевого транзистора. Такое поведение также делает полевые транзисторы невосприимчивыми к тепловому разгоне; явное преимущество перед транзисторами с биполярным переходом.

Интересным применением этой схемы регулятора тока является так называемый диод постоянного тока . . Описанный в главе «Диоды и выпрямители» тома III, этот диод вообще не является устройством с PN-переходом. Вместо этого это полевой транзистор с фиксированным сопротивлением, подключенный между выводами затвора и истока:

Нормальный диод с PN-переходом включен последовательно с JFET для защиты транзистора от повреждения напряжением обратного смещения, но в остальном средство регулирования тока этого устройства полностью обеспечивается полевым транзистором.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Список соединений (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

 Регулятор тока JFET vsource 1 0 rload 1 2 4.5k j1 2 0 3 mod1 rlimit 3 0 1k .model mod1 njf .dc vsource 6 12 0.1 .plot dc i (vsource) .end 

SPICE не позволяет изменять значения сопротивления, поэтому, чтобы продемонстрировать регулирование тока этой схемы в широком диапазоне условий, я решил изменять напряжение источника от 6 до 12 вольт с шагом 0,1 вольта. При желании вы можете установить rload на различные значения сопротивления и убедитесь, что ток в цепи остается постоянным.

С rlimit значение 1 кОм, регулируемый ток будет 291,8 мкА. Этот текущий показатель, скорее всего, не быть таким же, как ваш фактический ток цепи, из-за различий в параметрах JFET.

Многие производители указывают параметры модели SPICE для своих транзисторов, которые можно ввести в .model строка списка соединений для более точного моделирования схемы.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Рабочий лист соединительных полевых транзисторов (JFET)