régulateur de courant JFET

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Un transistor à effet de champ à jonction canal N, modèles 2N3819 ou J309 recommandé (le catalogue Radio Shack n° 276-2035 est le modèle 2N3819)
• Deux piles 6 volts
• Un potentiomètre 10 kΩ, monotour, conique linéaire (catalogue Radio Shack n° 271-1715)
• Une résistance de 1 kΩ
• Une résistance de 10 kΩ
• Trois résistances de 1,5 kΩ

Pour cette expérience, vous aurez besoin d'un JFET à canal N, pas d'un canal P !expérience, vous aurez besoin d'un JFET à canal N, pas d'un canal P !

Attention, tous les transistors ne partagent pas les mêmes désignations de bornes, ou brochages , même s'ils partagent la même apparence physique. Cela dictera la façon dont vous connecterez les transistors entre eux et à d'autres composants, alors assurez-vous de vérifier les spécifications du fabricant (fiche technique des composants), facilement disponibles sur le site Web du fabricant.

Attention, il est possible que le boîtier du transistor et même la fiche technique du fabricant affichent des schémas d'identification des bornes incorrects ! Il est fortement recommandé de vérifier l'identité des broches avec la fonction « contrôle de diode » de votre multimètre.

Pour plus de détails sur la façon d'identifier les bornes des transistors à effet de champ à jonction à l'aide d'un multimètre, consultez le chapitre 5 du volume Semiconductor (volume III) de cette série de livres.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 3, chapitre 5 :« Transistors à effet de champ à jonction » Leçons sur les circuits électriques , Tome 3, chapitre 3 :« Diodes et redresseurs »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Comment utiliser un JFET comme régulateur de courant
• Comment le JFET est relativement insensible aux changements de température

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Précédemment dans ce chapitre, vous avez vu comment une paire de transistors à jonction bipolaire (BJT) pouvait être utilisée pour former un miroir de courant , par lequel un transistor essaierait de maintenir le même courant à travers lui comme si l'autre, le niveau de courant de l'autre est établi par une résistance variable. Ce circuit effectue la même tâche de régulation du courant mais utilise un transistor à effet de champ à jonction unique (JFET) au lieu de deux BJT.

Les deux résistances série R_ajustent et R_limite régler le point de régulation de courant, tandis que les résistances de charge et les points de test entre eux servent uniquement à démontrer un courant constant malgré les changements de résistance de charge. Pour commencer l'expérience, touchez la sonde de test sur TP4 et réglez le potentiomètre sur sa plage de déplacement.

Vous devriez voir un petit courant changeant indiqué par votre ampèremètre lorsque vous déplacez le mécanisme du potentiomètre :pas plus de quelques milliampères. Laissez le potentiomètre réglé sur une position donnant un nombre rond de milliampères et déplacez la sonde de test noire du compteur sur TP3.

L'indication actuelle devrait être à peu près la même qu'avant. Déplacez la sonde sur TP2, puis sur TP1. Encore une fois, vous devriez voir une quantité de courant presque inchangée.

Essayez de régler le potentiomètre sur une autre position, en donnant une indication de courant différente, et touchez la sonde noire du compteur pour tester les points TP1 à TP4, en notant la stabilité des indications de courant lorsque vous modifiez la résistance de charge. Cela démontre la régulation actuelle comportement de ce circuit.

TP5, à l'extrémité d'une résistance de 10 kΩ, est prévu pour introduire un grand changement de résistance de charge. La connexion de la sonde de test noire de votre ampèremètre à ce point de test donne une résistance de charge combinée de 14,5 kΩ, ce qui sera trop de résistance pour que le transistor maintienne le courant régulé maximum.

Pour découvrir ce que je décris ici, touchez la sonde de test noire sur TP1 et ajustez le potentiomètre pour un courant maximal. Maintenant, déplacez la sonde de test noire sur TP2, puis TP3, puis TP4.

Pour toutes ces positions de points de test, le courant restera approximativement constant. Cependant, lorsque vous touchez la sonde noire à TP5, le courant chutera considérablement. Pourquoi? Parce qu'à ce niveau de résistance de charge, il y a une chute de tension insuffisante à travers le transistor pour maintenir la régulation.

En d'autres termes, le transistor sera saturé lorsqu'il tentera de fournir plus de courant que ne le permettra la résistance du circuit. Remettez la sonde de test noire sur TP1 et réglez le potentiomètre pour le courant minimum.

Maintenant, touchez la sonde de test noire sur TP2, puis TP3, puis TP4 et enfin TP5. Que remarquez-vous sur l'indication actuelle à tous ces points ? Lorsque le point de régulation du courant est ajusté à une valeur inférieure, le transistor est capable de maintenir la régulation sur une plage de résistance de charge beaucoup plus large.

Une mise en garde importante avec le circuit miroir de courant BJT est que les deux transistors doivent être à la même température pour que les deux courants soient égaux. Avec ce circuit, cependant, la température du transistor est presque sans importance.

Essayez de saisir le transistor entre vos doigts pour le chauffer, en notant le courant de charge avec votre ampèremètre. Essayez de le refroidir ensuite en soufflant dessus.

Non seulement l'exigence d'appariement des transistors est éliminée (en raison de l'utilisation d'un seul un transistor), mais les effets thermiques sont pratiquement éliminés également en raison de l'immunité thermique relative du transistor à effet de champ. Ce comportement rend également les transistors à effet de champ insensibles à l'emballement thermique ; un avantage certain par rapport aux transistors à jonction bipolaire.

Une application intéressante de ce circuit régulateur de courant est la soi-disant diode à courant constant . Décrite dans le chapitre « Diodes et redresseurs » du volume III, cette diode n'est pas du tout un dispositif à jonction PN. Au lieu de cela, il s'agit d'un JFET avec une résistance fixe connectée entre les bornes de grille et de source :

Une diode à jonction PN normale est incluse en série avec le JFET pour protéger le transistor contre les dommages causés par la tension de polarisation inverse, mais sinon, la fonction de régulation de courant de cet appareil est entièrement fournie par le transistor à effet de champ.

SIMULATION INFORMATIQUE

Schéma avec les numéros de nœud SPICE :

Netlist (créer un fichier texte contenant le texte suivant, textuellement) :

JFET régulateur de courant 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 ne permet pas de "balayer" les valeurs de résistance, donc pour démontrer la régulation actuelle de ce circuit sur une large gamme de conditions, j'ai choisi de balayer la tension source de 6 à 12 volts par pas de 0,1 volt. Si vous le souhaitez, vous pouvez définir rload à différentes valeurs de résistance et vérifiez que le courant du circuit reste constant.

Avec une rlimit valeur de 1 kΩ, le courant régulé sera de 291,8 µA. Ce chiffre actuel ne sera probablement pas être le même que votre courant de circuit réel, en raison des différences dans les paramètres JFET.

De nombreux fabricants donnent des paramètres de modèle SPICE pour leurs transistors, qui peuvent être saisis dans le .model ligne de la netlist pour une simulation de circuit plus précise.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur les transistors à effet de champ à jonction (JFET)