Régulateur de courant JFET – Construire et tester une source de courant constant stable

Pièces et Matériaux

• Un transistor à effet de champ à jonction (JFET) N-canal, tel que 2N3819 ou J309 (Radio Shack #276-2035).
• Deux piles 6 V.
• Un potentiomètre 10 kΩ, un tour, taper linéaire (Radio Shack #271-1715).
• Une résistance 1 kΩ.
• Une résistance 10 kΩ.
• Trois résistances 1,5 kΩ.

Important – utilisez un JFET N-canal, pas un dispositif P-canal. Même des boîtiers d'apparence identique peuvent avoir des brochages différents, donc vérifiez toujours la fiche technique avant de câbler.

Comme certains fabricants étiquettentoccasionnellement mal les diagrammes de broches, revérifiez chaque broche avec la fonction diode-test d'un multimètre. Pour des conseils détaillés sur l'identification des bornes JFET, voir le Chapitre 5 de la série Semiconductor Volume III.

Références Croisées

• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapitre 5 : « Transistors à effet de champ à jonction »
• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapitre 3 : « Diodes et redresseurs »

Objectifs d'Apprentissage

• Utiliser un JFET comme régulateur de courant précis.
• Comprendre l'excellente stabilité thermique du JFET.

Schéma Électrique

Illustration

Instructions

Les chapitres précédents ont introduit un miroir de courant à transistor bipolaire (BJT), qui utilise deux transistors pour forcer des courants égaux. Le régulateur de courant JFET remplace cette paire par un seul JFET, offrant une performance identique tout en simplifiant le circuit.

Les résistances en série R_adjust et R_limit définissent le courant souhaité, tandis que les résistances de charge et les points de test (TP1–TP4) démontrent que le courant reste constant indépendamment des changements de charge. Commencez l'expérience en plaçant la sonde de test sur TP4 et en balayant le potentiomètre.

Vous observerez un courant modeste, ajustable dans la gamme de quelques milliampères. Choisissez une valeur commode en milliampères, déplacez la sonde vers TP3, puis TP2, et enfin TP1 ; le multimètre devrait indiquer presque la même valeur à chaque fois, confirmant le comportement à courant constant.

Pour mettre le régulateur au défi, ajustez le potentiomètre sur un courant différent et répétez les mesures aux TP1–TP4. Le courant devrait rester stable sur les quatre points. Au TP5, qui se trouve après une résistance de 10 kΩ, la charge totale monte à 14,5 kΩ — une résistance qui force le JFET en saturation, causant une chute brutale du courant. Cela illustre la limitation de chute de tension du régulateur.

Lorsque le point de régulation est réglé sur un courant plus bas, le JFET peut maintenir la régulation sur une plage de charge beaucoup plus large. Essayez de chauffer le transistor à la main et de le refroidir avec un ventilateur ; le courant mesuré restera inchangé, démontrant l'immunité du JFET aux variations de température et sa résistance à l'emballement thermique.

Puisqu'un seul transistor est utilisé, il n'y a pas d'exigence d'appariement précis, et le circuit est intrinsèquement immunisé contre la dérive de température qui affecte les miroirs BJT.

Une autre application de cette configuration est la « diode à courant constant ». Elle consiste en un JFET avec une résistance fixe entre grille et source, protégée par une diode jonction PN en série pour bloquer la polarité inverse. Voir le diagramme ci-dessous pour l'implémentation classique.

Simulation Informatique

Schéma avec numéros de nœuds SPICE :

Netlist (copiez ce qui suit dans un fichier texte et exécutez-le dans SPICE) :

 Régulateur de courant JFET
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

Comme SPICE ne prend pas en charge le balayage de valeurs de résistance, l'exemple varie la tension source de 6 V à 12 V par pas de 0,1 V. Avec R_limit à 1 kΩ, le courant simulé est de 291,8 µA — un chiffre qui différera légèrement d'un circuit réel en raison des variations de paramètres du dispositif. De nombreux fabricants fournissent des modèles SPICE qui peuvent être insérés dans la ligne .model pour une simulation plus précise.

Fiche Connexe

• Fiche de travail : Transistors à effet de champ à jonction (JFET)