Construction d'un circuit miroir de courant fiable : Guide étape par étape

Pièces et Matériaux

• Deux transistors NPN (2N2222 ou 2N3403 recommandés ; Radio Shack #276-1617 offre un pack de 15 pièces)
• Deux piles 6 V
• Potentiomètre linéaire 10 kΩ (Radio Shack #271-1715)
• Deux résistances 10 kΩ
• Quatre résistances 1,5 kΩ

L'utilisation de transistors de petit signal permet d'observer l'effet subtil d'« emballement thermique » à bas courants. Toute paire de NPN identiques fonctionnera, mais vérifiez la fiche technique pour la cohérence du brochage — des boîtiers mal étiquetés peuvent induire en erreur.

Vérifiez les affectations de broches avec le mode diode-test d'un multimètre ; le chapitre 4 de la série Semiconductor Volume III couvre ce sujet en détail.

Objectifs d'Apprentissage

• Construire un circuit miroir de courant
• Comprendre ses limites de régulation de courant
• Explorer la dépendance à la température des BJTs
• Expérimenter l'emballement thermique contrôlé

Schéma Électrique

Illustration

Instructions

Un miroir de courant fonctionne comme un régulateur de courant simple et ajustable. Le courant est défini par une seule résistance, en faisant une solution largement utilisée et peu coûteuse.

Construisez le circuit exactement comme montré. Vous aurez besoin d'une résistance 1,5 kΩ supplémentaire pour la phase finale de l'expérience.

Le potentiomètre contrôle le courant de collecteur de Q₁, qui se comporte comme une diode. L'appariement des jonctions base-émetteur de Q₁ et Q₂ assure que la même tension pilote les deux transistors, donc leurs courants de collecteur se mirent l'un l'autre.

Puisque les courants de base sont égaux et que les transistors sont appariés, Q₂ ajuste automatiquement sa tension collecteur-émetteur pour maintenir le même courant de collecteur, indépendamment de la résistance de charge.

Pour tester cela, la charge sur Q₂ est connectée à un ampèremètre. Cinq points de test (TP1–TP5) vous permettent de changer la résistance de charge de près de zéro à ~14,5 kΩ rapidement.

Commencez en plaçant la sonde noire de l'ampèremètre sur TP4 et balayez le potentiomètre. Enregistrez le courant. Déplacez la sonde vers TP3, TP2, et TP1, notant comment le courant reste stable. Répétez ensuite avec le potentiomètre réglé sur un courant différent. Le courant devrait rester presque constant jusqu'à ce que la résistance de charge approche TP5, où le courant chute car Q₂ ne peut plus fournir le même courant à cette résistance élevée.

Ces résultats illustrent les limites pratiques du régulateur. Le dispositif ne peut fournir un courant fixe que jusqu'à une certaine résistance de charge ; au-delà, il sature.

La température est critique. Si un transistor surchauffe, sa tension base-émetteur change, brisant le miroir. Maintenez les deux transistors à la même température — les coller dos à dos est une pratique courante.

Pour observer l'effet, chauffez un transistor à la main ; le courant de charge augmentera. Refroidissez-le et chauffez l'autre transistor ; le courant changera en conséquence. Finalement, laissez un transistor surchauffer en réglant le potentiomètre à ~10 mA, puis en l'augmentant à 30 mA. Observez la hausse du courant sans ajuster le potentiomètre — c'est l'emballement thermique.

Simulation Informatique

Utilisez SPICE pour modéliser le circuit. Insérez la netlist suivante dans un fichier texte :

Miroir de courant
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 est une source de tension nulle qui mesure le courant de charge. Ajustez R_load pour voir la performance du régulateur ; avec R_limit à 10 kΩ et alimentation 12 V, le courant simulé est de 1,1 mA sur une large plage de résistance.

Fiches Connexes

• Fiche de travail : Sources d'alimentation régulées
• Fiche de travail : Amplificateurs à transistors différentiels