JFET Stroomregelaar – Bouw en Test een Stabiele Constant‑Stroom Bron

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Eén N‑kanaal junction field‑effect transistor (JFET), zoals de 2N3819 of J309 (Radio Shack catalogus #276‑2035).
• Twee 6‑V batterijen.
• Eén 10 kΩ enkelvoudige, lineaire‑taper potentiometer (Radio Shack catalogus #271‑1715).
• Eén 1 kΩ weerstand.
• Eén 10 kΩ weerstand.
• Drie 1,5 kΩ weerstanden.

Belangrijk – gebruik een N‑kanaal JFET, niet een P‑kanaal apparaat. Zelfs identiek ogende pakketten kunnen verschillende pinouts hebben, dus verifieer altijd de datasheet voordat u bedraadt.

Omdat sommige fabrikanten gelegentlich pin diagrammen verkeerd labelen, controleer elke pin met de diode‑check functie van een multimeter. Voor gedetailleerde handleiding over het identificeren van JFET terminalen, zie Hoofdstuk 5 van de Semiconductor Volume III serie.

NASLAGWERKEN

• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Hoofdstuk 5: "Junction Field‑Effect Transistors"
• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Hoofdstuk 3: "Diodes and Rectifiers"

LEERDOELEN

• Een JFET gebruiken als precieze stroomregelaar.
• De uitstekende thermische stabiliteit van de JFET begrijpen.

SCHEMA

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Eerdere hoofdstukken introduceerden een bipolaire transistor (BJT) stroomspiegel, die twee transistoren gebruikt om gelijke stromen af te dwingen. De JFET stroomregelaar vervangt dat paar door een enkele JFET, wat identieke prestaties biedt terwijl het circuit vereenvoudigt.

De serie weerstanden R_adjust en R_limit stellen de gewenste stroom in, terwijl de belastingweerstanden en testpunten (TP1–TP4) demonstreren dat de stroom constant blijft ongeacht belastingveranderingen. Begin het experiment door de meetpen op TP4 te plaatsen en de potentiometer te zwiepen.

U zult een bescheiden, instelbare stroom in de paar‑milliampere bereik observeren. Kies een handige milliampere waarde, verplaats de meetpen naar TP3, dan TP2, en tenslotte TP1; de meter zou vrijwel hetzelfde moeten lezen elke keer, wat constant‑stroom gedrag bevestigt.

Om de regelaar te testen, stel de potentiometer in op een andere stroom en herhaal de metingen bij TP1–TP4. De stroom zou stabiel moeten blijven over alle vier de punten. Bij TP5, wat na een 10 kΩ weerstand zit, stijgt de totale belasting tot 14,5 kΩ — een weerstand die de JFET in verzadiging dwingt, wat de stroom scherp doet dalen. Dit illustreert de spanningsval‑beperking van de regelaar.

Wanneer het regelpunt ingesteld is op een lagere stroom, kan de JFET regulatie over een veel breder belastingbereik handhaven. Probeer de transistor met de hand te verwarmen en met een ventilator te koelen; de gemeten stroom blijft onveranderd, wat de immuniteit van de JFET voor temperatuurschwankingen en haar weerstand tegen thermisch weglopen toont.

Omdat slechts één transistor gebruikt wordt, is er geen vereiste voor precieze matching, en is het circuit van nature immuun voor de temperatuurdrifting die BJT spiegels plaagt.

Een andere toepassing van deze configuratie is de "constant‑stroom diode." Deze bestaat uit een JFET met een vaste weerstand tussen gate en source, beschermd door een serie PN‑overgangsdiode om omgekeerde bias te blokkeren. Zie het onderstaande diagram voor de klassieke implementatie.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE knoopnummers:

Netlist (kopieer het volgende in een tekstbestand en voer uit in SPICE):

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

Omdat SPICE geen sweeping van weerstandswaarden ondersteunt, varieert het voorbeeld de bronspanning van 6 V tot 12 V in 0,1‑V stappen. Met R_limit op 1 kΩ, is de gesimuleerde stroom 291,8 µA — een cijfer dat licht zal verschillen van een echt circuit door apparaatparameter variaties. Veel fabrikanten leveren SPICE modellen die in de .model regel ingevoegd kunnen worden voor een nauwkeurigere simulatie.

GERELATEERD WERKBLAD

• Junction Field‑Effect Transistors (JFET) Werkblad