JFET стабилизатор тока — Сборка и тест стабильного источника постоянного тока

Детали и материалы

• Один N-канальный полевой транзистор с p-n переходом (JFET), например 2N3819 или J309 (Radio Shack #276-2035)
• Два 6-вольтовых аккумулятора
• Однооборотный линейный потенциометр 10 кОм (Radio Shack #271-1715)
• Один резистор 1 кОм
• Один резистор 10 кОм
• Три резистора 1,5 кОм

Важно — используйте N-канальный JFET, не P-канальный прибор. Даже визуально идентичные корпуса могут иметь разную распиновку, поэтому всегда проверяйте даташит перед монтажом.

Поскольку некоторые производители иногда неправильно маркируют распиновку, дважды проверьте каждый вывод функцией диодной проверки мультиметра. Для подробного руководства по идентификации выводов JFET см. Главу 5 Semiconductor Volume III серии.

Перекрестные ссылки

• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 5: «Junction Field‑Effect Transistors»
• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 3: «Diodes and Rectifiers»

Цели обучения

• Использовать JFET как точный регулятор тока
• Понять отличную термическую стабильность JFET

Схема

Иллюстрация

Инструкции

Предыдущие главы представили биполярное токовое зеркало (BJT current mirror), которое использует два транзистора для выравнивания токов. JFET стабилизатор тока заменяет эту пару одним JFET, предлагая идентичную производительность при упрощении схемы.

Последовательные резисторы R_adjust и R_limit задают желаемый ток, в то время как нагрузочные резисторы и тестовые точки (TP1–TP4) демонстрируют, что ток остается постоянным независимо от изменений нагрузки. Начните эксперимент, поместив тестовый зонд на TP4 и прогоняя потенциометр.

Вы 관찰ите небольшой, регулируемый ток в диапазоне нескольких миллиампер. Выберите удобное значение миллиампер, переместите зонд на TP3, затем TP2 и наконец TP1; прибор должен показывать почти то же самое каждый раз, подтверждая поведение постоянного тока.

Для проверки регулятора на прочность установите потенциометр на другой ток и повторите измерения в TP1–TP4. Ток должен оставаться стабильным во всех четырех точках. В TP5, который находится после резистора 10 кОм, общее нагрузочное сопротивление поднимается до 14,5 кОм — сопротивление, загоняющее JFET в насыщение, вызывающее резкое падение тока. Это иллюстрирует ограничение по падению напряжения регулятора.

Когда точка регулирования установлена на более низкий ток, JFET может поддерживать регулирование на гораздо более широком нагрузочном диапазоне. Попробуйте нагреть транзистор рукой и охладить вентилятором; измеренный ток останется неизменным, демонстрируя иммунитет JFET к температурным вариациям и устойчивость к термическому бегу.

Поскольку используется только один транзистор, нет требования точного согласования, и схема по своей природе иммунна к температурному дрейфу, страдающему BJT зеркала.

Другое применение этой конфигурации — «диод постоянного тока». Он состоит из JFET с фиксированным резистором между затвором и истоком, защищенного последовательным PN-переходным диодом для блокировки обратного смещения. См. диаграмму ниже для классической реализации.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Нетлист (скопируйте в текстовый файл и запустите в SPICE):

JFET current regulator
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

Поскольку SPICE не поддерживает прогон значений сопротивления, пример варьирует напряжение источника от 6 В до 12 В шагами 0,1 В. С R_limit 1 кОм симулированный ток составляет 291,8 мкА — цифра, которая немного отличается от реальной схемы из-за вариаций параметров прибора. Многие производители предоставляют SPICE модели, которые можно вставить в строку .model для более точной симуляции.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ

• Junction Field‑Effect Transistors (JFET) Worksheet