Сборка надежного тока зеркального контура: Пошаговое руководство

Детали и материалы

• Два NPN транзистора (2N2222 или 2N3403 рекомендуются; Radio Shack #276-1617 предлагает 15-штучный набор)
• Два 6-вольтовых аккумулятора
• Линейный потенциометр 10 кОм (Radio Shack #271-1715)
• Два резистора 10 кОм
• Четыре резистора 1,5 кОм

Использование малых сигнальных транзисторов позволяет наблюдать тонкий эффект «термического бега» при малых токах. Любая пара идентичных NPN сработает, но проверьте даташит на согласованность распиновки — неправильно маркированные корпуса могут ввести в заблуждение.

Проверьте назначения выводов режимом диодной проверки мультиметра; глава 4 серии Semiconductor Volume III подробно охватывает это.

Цели обучения

• Построить схему тока зеркала
• Понять ее пределы регулирования тока
• Исследовать температурную зависимость биполярных транзисторов
• Испытать контролируемый термический бег

Схема

Иллюстрация

Инструкции

Токовое зеркало функционирует как простой регулируемый стабилизатор тока. Ток задается единственным сопротивлением, делая его широко используемым, низкозатратным решением.

Соберите схему точно как показано. Вам понадобится один дополнительный резистор 1,5 кОм для финальной фазы эксперимента.

Потенциометр управляет коллекторным током Q₁, который ведет себя как диод. Согласование база-эмиттерных переходов Q₁ и Q₂ обеспечивает, что то же напряжение управляет обоими транзисторами, поэтому их коллекторные тока зеркалят друг друга.

Поскольку базовые токи равны и транзисторы согласованы, Q₂ автоматически регулирует свое коллекторно-эмиттерное напряжение для поддержания того же коллекторного тока, независимо от нагрузочного сопротивления.

Для проверки этого, нагрузка на Q₂ подключена к амперметру. Пять тестовых точек (TP1–TP5) позволяют быстро менять нагрузочное сопротивление от близкого к нулю до ~14,5 кОм.

Начните с размещения черного зонда амперметра на TP4 и прогоните потенциометр. Запишите ток. Переместите зонд на TP3, TP2 и TP1, отмечая, как ток остается стабильным. Затем повторите с потенциометром, установленным на другой ток. Ток должен оставаться почти постоянным, пока нагрузочное сопротивление не приблизится к TP5, где ток падает, потому что Q₂ больше не может выдавать тот же ток при таком высоком сопротивлении.

Эти результаты иллюстрируют практические пределы регулятора. Прибор может выдавать фиксированный ток только до определенного нагрузочного сопротивления; выше этого он насыщается.

Температура критична. Если один транзистор перегревается, его база-эмиттерное напряжение меняется, ломая зеркало. Держите два транзистора при одной температуре — склеивание их спина к спине — обычная практика.

Для наблюдения эффекта нагрейте один транзистор рукой; нагрузочный ток увеличится. Охладите его и нагрейте другой транзистор; ток изменится соответствующе. Наконец, допустите перегрев одного транзистора, установив потенциометр на ~10 мА, затем увеличив до 30 мА. Наблюдайте рост тока без регулировки потенциометра — это термический бег.

Компьютерное моделирование

Используйте SPICE для моделирования схемы. Вставьте следующий нетлист в текстовый файл:

Current mirror
v1 1 0
vammeter 1 3 dc 0
rlimit 1 2 10k
rload 3 4 3k
q1 2 2 0 mod1
q2 4 2 0 mod1
.model mod1 npn bf=100
.dc v1 12 12 1
.print dc i(vammeter)
.end

V_ammeter — источник нулевого напряжения, измеряющий нагрузочный ток. Изменяйте R_load для просмотра производительности регулятора; с R_limit 10 кОм и питанием 12 В симулированный ток составляет 1,1 мА на широком диапазоне сопротивлений.

Связанные рабочие листы

• Regulated Power Sources Worksheet
• Differential Transistor Amplifiers Worksheet