Regulador de corriente JFET

PIEZAS Y MATERIALES

• Un transistor de efecto de campo de unión de canal N, se recomiendan los modelos 2N3819 o J309 (el catálogo de Radio Shack # 276-2035 es el modelo 2N3819)
• Dos baterías de 6 voltios
• Un potenciómetro de 10 kΩ, una vuelta, cono lineal (catálogo de Radio Shack # 271-1715)
• Una resistencia de 1 kΩ
• Una resistencia de 10 kΩ
• Tres resistencias de 1,5 kΩ

¡Para este experimento necesitará un JFET de canal N, no un canal P! Experimento necesitará un JFET de canal N, no un canal P!

Tenga en cuenta que no todos los transistores comparten las mismas designaciones de terminal o pinouts , incluso si comparten la misma apariencia física. Esto determinará cómo conectar los transistores entre sí y a otros componentes, así que asegúrese de verificar las especificaciones del fabricante (hoja de datos del componente), que se puede obtener fácilmente en el sitio web del fabricante.

¡Tenga en cuenta que es posible que el paquete del transistor e incluso la hoja de datos del fabricante muestren diagramas de identificación de terminales incorrectos! Es muy recomendable verificar las identidades de los pines con la función de "verificación de diodos" de su multímetro.

Para obtener detalles sobre cómo identificar terminales de transistores de efecto de campo de unión usando un multímetro, consulte el capítulo 5 del volumen de Semiconductores (volumen III) de esta serie de libros.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 5:“Transistores de efecto de campo de unión” Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 3:“Diodos y rectificadores”

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Cómo utilizar un JFET como regulador de corriente
• Cómo el JFET es relativamente inmune a los cambios de temperatura

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Anteriormente en este capítulo, vio cómo un par de transistores de unión bipolar (BJT) podrían usarse para formar un espejo de corriente , por lo que un transistor intentaría mantener la misma corriente a través de él como si fuera el otro, el nivel de corriente del otro se establece mediante una resistencia variable. Este circuito realiza la misma tarea de regular la corriente, pero utiliza un transistor de efecto de campo de unión única (JFET) en lugar de dos BJT.

Las dos resistencias en serie R _{se ajustan} y R _límite establecer el punto de regulación de corriente, mientras que las resistencias de carga y los puntos de prueba entre ellos sirven solo para demostrar la corriente constante a pesar de los cambios en la resistencia de carga. Para comenzar el experimento, toque la sonda de prueba con TP4 y ajuste el potenciómetro a lo largo de su rango de recorrido.

Debería ver una pequeña corriente cambiante indicada por su amperímetro a medida que mueve el mecanismo del potenciómetro:no más de unos pocos miliamperios. Deje el potenciómetro en una posición que dé una cantidad redonda de miliamperios y mueva la sonda de prueba negra del medidor a TP3.

La indicación actual debería ser casi la misma que antes. Mueva la sonda a TP2, luego a TP1. Nuevamente, debería ver una cantidad de corriente casi sin cambios.

Intente ajustar el potenciómetro a otra posición, dando una indicación de corriente diferente, y toque la sonda negra del medidor para probar los puntos TP1 a TP4, observando la estabilidad de las indicaciones de corriente a medida que cambia la resistencia de carga. Esto demuestra la regulación actual comportamiento de este circuito.

TP5, al final de una resistencia de 10 kΩ, se proporciona para introducir un gran cambio en la resistencia de carga. Conectar la sonda de prueba negra de su amperímetro a ese punto de prueba da una resistencia de carga combinada de 14.5 kΩ, que será demasiada resistencia para que el transistor mantenga la corriente máxima regulada.

Para experimentar lo que estoy describiendo aquí, toque la sonda de prueba negra a TP1 y ajuste el potenciómetro para la corriente máxima. Ahora, mueva la sonda de prueba negra a TP2, luego a TP3, luego a TP4.

Para todas estas posiciones de los puntos de prueba, la corriente se mantendrá aproximadamente constante. Sin embargo, cuando toca la sonda negra a TP5, la corriente caerá drásticamente. ¿Por qué? Porque a este nivel de resistencia de carga, hay una caída de voltaje insuficiente en el transistor para mantener la regulación.

En otras palabras, el transistor se saturará cuando intente proporcionar más corriente de la que permitirá la resistencia del circuito. Mueva la sonda de prueba negra de nuevo a TP1 y ajuste el potenciómetro para la corriente mínima.

Ahora, toque con la sonda de prueba negra TP2, luego TP3, luego TP4 y finalmente TP5. ¿Qué notas sobre la indicación actual en todos estos puntos? Cuando el punto de regulación de corriente se ajusta a un valor menor, el transistor puede mantener la regulación en un rango mucho mayor de resistencia de carga.

Una advertencia importante con el circuito de espejo de corriente BJT es que ambos transistores deben estar a la misma temperatura para que las dos corrientes sean iguales. Sin embargo, con este circuito, la temperatura del transistor es casi irrelevante.

Intente agarrar el transistor entre sus dedos para calentarlo, observando la corriente de carga con su amperímetro. Intente enfriarlo después soplándolo.

No solo se elimina el requisito de coincidencia de transistores (debido al uso de solo uno transistor), pero los efectos térmicos casi se eliminan también debido a la inmunidad térmica relativa del transistor de efecto de campo. Este comportamiento también hace que los transistores de efecto de campo sean inmunes a la fuga térmica; una ventaja decidida sobre los transistores de unión bipolar.

Una aplicación interesante de este circuito regulador de corriente es el llamado diodo de corriente constante . Descrito en el capítulo "Diodos y rectificadores" del volumen III, este diodo no es realmente un dispositivo de unión PN en absoluto. En cambio, es un JFET con una resistencia fija conectada entre la puerta y los terminales de la fuente:

Se incluye un diodo de unión PN normal en serie con el JFET para proteger el transistor contra daños por voltaje de polarización inversa, pero por lo demás, la función de regulación de corriente de este dispositivo la proporciona completamente el transistor de efecto de campo.

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (haga un archivo de texto que contenga el siguiente texto, literalmente):

 Regulador de corriente 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 no permite valores de resistencia de "barrido", por lo que para demostrar la regulación de corriente de este circuito en una amplia gama de condiciones, he elegido barrer el voltaje de la fuente de 6 a 12 voltios en pasos de 0,1 voltios. Si lo desea, puede configurar rload a diferentes valores de resistencia y verifique que la corriente del circuito permanezca constante.

Con un rlimit valor de 1 kΩ, la corriente regulada será 291,8 µA. Esta cifra actual probablemente no sea ​​la misma que la corriente real de su circuito, debido a las diferencias en los parámetros JFET.

Muchos fabricantes dan parámetros de modelo SPICE para sus transistores, que pueden escribirse en .model línea de la lista de conexiones para una simulación de circuito más precisa.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de transistores de efecto de campo de unión (JFET)