JFET-stroomregelaar

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Eén N-kanaals junctie-veldeffecttransistor, model 2N3819 of J309 aanbevolen (Radio Shack-catalogus # 276-2035 is het model 2N3819)
• Twee 6-volt batterijen
• Eén 10 kΩ potentiometer, single-turn, lineaire taper (Radio Shack-catalogus # 271-1715)
• Eén weerstand van 1 kΩ
• Eén weerstand van 10 kΩ
• Drie weerstanden van 1,5 kΩ

Voor dit experiment heb je een N-kanaals JFET nodig, geen P-kanaal! experiment heb je een N-kanaals JFET nodig, geen P-kanaal!

Pas op dat niet alle transistors dezelfde terminalaanduidingen hebben, of pinouts , zelfs als ze dezelfde fysieke verschijning hebben. Dit bepaalt hoe je de transistors met elkaar en met andere componenten verbindt, dus zorg ervoor dat je de specificaties van de fabrikant (componentgegevensblad) controleert, gemakkelijk te verkrijgen via de website van de fabrikant.

Pas op dat het mogelijk is dat het pakket van de transistor en zelfs het gegevensblad van de fabrikant onjuiste aansluitschema's tonen! Het dubbel controleren van pin-identiteiten met de "diode check"-functie van uw multimeter wordt ten zeerste aanbevolen.

Raadpleeg hoofdstuk 5 van het Semiconductor-volume (deel III) van deze boekenreeks voor meer informatie over het identificeren van junctie-veldeffecttransistoraansluitingen met behulp van een multimeter.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 3, hoofdstuk 5:"Junction Field-Effect Transistors" Lessen in elektrische circuits , Volume 3, hoofdstuk 3:"Diodes en gelijkrichters"

LEERDOELSTELLINGEN

• Hoe een JFET als stroomregelaar te gebruiken
• Hoe de JFET relatief immuun is voor temperatuurveranderingen

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Eerder in dit hoofdstuk heb je gezien hoe een paar bipolaire junctietransistoren (BJT's) kunnen worden gebruikt om een ​​stroomspiegel te vormen. , waarbij de ene transistor zou proberen dezelfde stroom erdoorheen te houden alsof de andere, het stroomniveau van de andere wordt bepaald door een variabele weerstand. Dit circuit voert dezelfde taak uit als het regelen van stroom, maar gebruikt een veldeffecttransistor met één junctie (JFET) in plaats van twee BJT's.

De twee serieweerstanden R_aanpassen en R_limiet stel het stroomregelpunt in, terwijl de belastingsweerstanden en de testpunten ertussen alleen dienen om constante stroom aan te tonen ondanks veranderingen in belastingsweerstand. Om het experiment te beginnen, raakt u met de testsonde TP4 aan en stelt u de potentiometer in via zijn bewegingsbereik.

U zou een kleine, veranderende stroom moeten zien die wordt aangegeven door uw ampèremeter terwijl u het potentiometermechanisme beweegt:niet meer dan een paar milliampère. Laat de potentiometer in een positie staan ​​die een rond aantal milliampère geeft en verplaats de zwarte testsonde van de meter naar TP3.

De huidige indicatie zou bijna hetzelfde moeten zijn als voorheen. Verplaats de sonde naar TP2 en vervolgens naar TP1. Nogmaals, je zou een bijna onveranderde hoeveelheid stroom moeten zien.

Probeer de potentiometer in een andere positie te zetten, met een andere stroomindicatie, en raak de zwarte sonde van de meter aan om de punten TP1 tot en met TP4 te testen, waarbij u let op de stabiliteit van de stroomindicaties als u de belastingsweerstand wijzigt. Dit demonstreert de huidige regelgeving gedrag van dit circuit.

TP5, aan het einde van een weerstand van 10 kΩ, is bedoeld voor het introduceren van een grote verandering in belastingsweerstand. Als u de zwarte testsonde van uw ampèremeter op dat testpunt aansluit, krijgt u een gecombineerde belastingsweerstand van 14,5 kΩ, wat te veel weerstand zal zijn voor de transistor om de maximaal gereguleerde stroom door te houden.

Om te ervaren wat ik hier beschrijf, raakt u met de zwarte testsonde TP1 aan en stelt u de potentiometer in voor maximale stroom. Verplaats nu de zwarte testsonde naar TP2, dan TP3, dan TP4.

Voor al deze testpuntposities zal de stroom ongeveer constant blijven. Wanneer u echter met de zwarte sonde TP5 aanraakt, zal de stroom dramatisch dalen. Waarom? Omdat bij dit niveau van belastingsweerstand er onvoldoende spanningsval over de transistor is om de regeling te handhaven.

Met andere woorden, de transistor zal verzadigd zijn omdat hij meer stroom probeert te leveren dan de circuitweerstand toelaat. Verplaats de zwarte testsonde terug naar TP1 en stel de potentiometer in op minimale stroom.

Raak nu met de zwarte testsonde TP2 aan, dan TP3, dan TP4 en tenslotte TP5. Wat valt je op aan de huidige indicatie op al deze punten? Wanneer het stroomregelpunt op een lagere waarde wordt ingesteld, kan de transistor de regeling over een veel groter bereik van belastingsweerstand handhaven.

Een belangrijk voorbehoud bij het BJT-stroomspiegelcircuit is dat beide transistors op gelijke temperatuur moeten zijn om de twee stromen gelijk te maken. Met dit circuit is de temperatuur van de transistor echter bijna niet relevant.

Probeer de transistor tussen uw vingers vast te pakken om hem op te warmen, waarbij u de belastingsstroom met uw ampèremeter noteert. Probeer het daarna af te koelen door erop te blazen.

Niet alleen is de vereiste van transistoraanpassing geëlimineerd (door het gebruik van slechts één transistor), maar de thermische effecten zijn ook vrijwel geëlimineerd vanwege de relatieve thermische immuniteit van de veldeffecttransistor. Dit gedrag maakt veldeffecttransistors ook immuun voor thermische runaway; een beslist voordeel ten opzichte van bipolaire junctietransistoren.

Een interessante toepassing van dit stroomregelcircuit is de zogenaamde constante stroomdiode . Beschreven in het hoofdstuk "Diodes en gelijkrichters" van deel III, is deze diode helemaal geen PN-overgangsapparaat. In plaats daarvan is het een JFET met een vaste weerstand die is aangesloten tussen de gate- en source-terminals:

Een normale PN-junctiediode is in serie met de JFET opgenomen om de transistor te beschermen tegen schade door sperspanning, maar verder wordt de stroomregulerende faciliteit van dit apparaat volledig geleverd door de veldeffecttransistor.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

Netlijst (maak een tekstbestand met de volgende tekst, letterlijk):

JFET stroomregelaar 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 staat geen "vegende" weerstandswaarden toe, dus om de huidige regeling van dit circuit onder een breed scala van omstandigheden te demonstreren, heb ik ervoor gekozen om de bronspanning van 6 naar 12 volt te vegen in stappen van 0,1 volt. Als je wilt, kun je rload . instellen verschillende weerstandswaarden en controleer of de circuitstroom constant blijft.

Met een rlimiet waarde van 1 kΩ, zal de gereguleerde stroom 291,8 µA zijn. Dit huidige cijfer zal hoogstwaarschijnlijk niet hetzelfde zijn als uw werkelijke circuitstroom, vanwege verschillen in JFET-parameters.

Veel fabrikanten geven SPICE-modelparameters voor hun transistors, die kunnen worden getypt in het .model regel van de netlijst voor een nauwkeurigere circuitsimulatie.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Junction field-effect transistors (JFET)