Een Betrouwbare Stroomspiegel Circuit Bouwen: Stapsgewijze Handleiding

Onderdelen en Materialen

• Twee NPN transistoren (2N2222 of 2N3403 aanbevolen; Radio Shack #276‑1617 biedt een 15‑stuk pakket)
• Twee 6‑V batterijen
• 10 kΩ lineaire potentiometer (Radio Shack #271‑1715)
• Twee 10 kΩ weerstanden
• Vier 1,5 kΩ weerstanden

Het gebruik van kleine‑signaal transistoren laat u het subtiele "thermische weglopen" effect bij lage stromen observeren. Elk paar identieke NPNs zal werken, maar controleer de datasheet voor pin‑out consistentie — verkeerd gelabelde pakketten kunnen misleiden.

Verifieer pin toewijzingen met de diode‑check modus van een multimeter; hoofdstuk 4 van de Semiconductor Volume III serie behandelt dit in detail.

Leerdoelen

• Een stroomspiegel circuit construeren
• De stroomreguleringslimieten ervan begrijpen
• Temperatuurafhankelijkheid van BJTs verkennen
• Gecontroleerd thermisch weglopen ervaren

Schema

Illustratie

Instructies

Een stroomspiegel fungeert als een eenvoudige instelbare stroomregelaar. De stroom wordt ingesteld door een enkele weerstand, wat het een wijd gebruikte, goedkope oplossing maakt.

Bouw de schakeling exact zoals getoond. U hebt één extra 1,5 kΩ weerstand nodig voor de finale fase van het experiment.

De potentiometer regelt de collectorstroom van Q₁, die zich gedraagt als een diode. Het matchen van de basis‑emitter overgangen van Q₁ en Q₂ zorgt ervoor dat dezelfde spanning beide transistoren aandrijft, zodat hun collectorstromen elkaar spiegelen.

Omdat de basisstromen gelijk zijn en de transistoren gematcht zijn, past Q₂ zijn collector‑emitter spanning automatisch aan om dezelfde collectorstroom te handhaven, ongeacht de belastingweerstand.

Om dit te testen, is de belasting op Q₂ aangesloten op een ammeter. Vijf testpunten (TP1–TP5) staan u toe om de belastingweerstand snel te veranderen van bijna‑nul tot ~14,5 kΩ.

Begin met het plaatsen van de zwarte meetpen van de ammeter op TP4 en zwiep de potentiometer. Noteer de stroom. Verplaats de meetpen naar TP3, TP2, en TP1, let op hoe de stroom stabiel blijft. Herhaal dan met de potentiometer ingesteld op een andere stroom. De stroom zou bijna constant moeten blijven tot de belastingweerstand TP5 benadert, waar de stroom daalt omdat Q₂ niet langer de dezelfde stroom kan leveren bij die hoge weerstand.

Deze resultaten illustreren de praktische limieten van de regelaar. Het apparaat kan alleen een vaste stroom leveren tot een bepaalde belastingweerstand; daarbuiten verzadigt het.

Temperatuur is kritiek. Als één transistor oververhit, verandert de basis‑emitter spanning, wat de spiegel breekt. Houd de twee transistoren op dezelfde temperatuur — ze achter‑aan‑achter lijmen is gangbare praktijk.

Om het effect te observeren, verwarm één transistor met de hand; de belastingstroom zal toenemen. Koel het en verwarm de andere transistor; de stroom zal dienovereenkomstig veranderen. Laat tenslotte één transistor oververhitten door de potentiometer op ~10 mA in te stellen, en verhoog het dan naar 30 mA. Observeer de stijging in stroom zonder de potentiometer aan te passen — dit is thermisch weglopen.

Computersimulatie

Gebruik SPICE om het circuit te modelleren. Voeg de volgende netlist in een tekstbestand in:

Stroomspiegel
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 is een nul‑spanningsbron die de belastingstroom meet. Pas R_load aan om de regelaarsprestaties te zien; met R_limit op 10 kΩ en 12 V voeding, is de gesimuleerde stroom 1,1 mA over een breed weerstandsbereik.

Gerelateerde Werkbladen

• Gereguleerde Stroom Bronnen Werkblad
• Differentiele Transistor Versterkers Werkblad