Construye un Circuito Espejo de Corriente Confiable: Guía Paso a Paso

Componentes y Materiales

• Dos transistores NPN (2N2222 o 2N3403 recomendados; Radio Shack #276-1617 ofrece paquete de 15 piezas)
• Dos baterías de 6 V
• Potenciómetro lineal 10 kΩ (Radio Shack #271-1715)
• Dos resistencias de 10 kΩ
• Cuatro resistencias de 1,5 kΩ

Usar transistores de señal pequeña te permite observar el sutil efecto de "fuga térmica" a bajas corrientes. Cualquier par de NPNs idénticos funcionará, pero verifica la hoja de datos para consistencia de pinout —paquetes mal etiquetados pueden engañar.

Verifica asignaciones de pines con modo chequeo diodo de multímetro; capítulo 4 de la serie Semiconductor Volume III cubre esto en detalle.

Objetivos de Aprendizaje

• Construir un circuito espejo de corriente
• Comprender sus límites de regulación de corriente
• Explorar dependencia de temperatura de BJTs
• Experimentar fuga térmica controlada

Diagrama Esquemático

Ilustración

Instrucciones

Un espejo de corriente funciona como regulador de corriente simple y ajustable. La corriente se establece por una sola resistencia, haciéndolo una solución ampliamente usada y de bajo costo.

Construye el circuito exactamente como se muestra. Necesitarás una resistencia extra de 1,5 kΩ para la fase final del experimento.

El potenciómetro controla la corriente de colector de Q₁, que se comporta como un diodo. Igualar las uniones base-emisor de Q₁ y Q₂ asegura que el mismo voltaje impulse ambos transistores, por lo que sus corrientes de colector se reflejan mutuamente.

Como las corrientes de base son iguales y los transistores están igualados, Q₂ ajusta automáticamente su voltaje colector-emisor para mantener la misma corriente de colector, independientemente de la resistencia de carga.

Para probar esto, la carga en Q₂ se conecta a un amperímetro. Cinco puntos de prueba (TP1–TP5) te permiten cambiar la resistencia de carga de casi-cero a ~14,5 kΩ rápidamente.

Comienza colocando la punta negra del amperímetro en TP4 y barre el potenciómetro. Registra la corriente. Mueve la punta a TP3, TP2 y TP1, notando cómo la corriente permanece estable. Luego repite con el potenciómetro ajustado a una corriente diferente. La corriente debería permanecer casi constante hasta que la resistencia de carga se acerque a TP5, donde la corriente cae porque Q₂ ya no puede suministrar la misma corriente a esa alta resistencia.

Estos resultados ilustran los límites prácticos del regulador. El dispositivo solo puede suministrar corriente fija hasta cierta resistencia de carga; más allá, se satura.

La temperatura es crítica. Si un transistor se sobrecalienta, su voltaje base-emisor cambia, rompiendo el espejo. Mantén los dos transistores a la misma temperatura —pegarlos dorso a dorso es práctica común.

Para observar el efecto, calienta un transistor con la mano; la corriente de carga aumentará. Enfríalo y calienta el otro transistor; la corriente cambiará acorde. Finalmente, permite que un transistor se sobrecaliente ajustando el potenciómetro a ~10 mA, luego aumentándolo a 30 mA. Observa el aumento de corriente sin ajustar el potenciómetro —esto es fuga térmica.

Simulación por Computadora

Usa SPICE para modelar el circuito. Inserta el siguiente netlist en un archivo de texto:

Espejo de corriente
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 es una fuente de voltaje cero que mide la corriente de carga. Ajusta R_load para ver el rendimiento del regulador; con R_limit a 10 kΩ y alimentación 12 V, la corriente simulada es 1,1 mA sobre un amplio rango de resistencia.

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