JFET-Stromregler

TEILE UND MATERIALIEN

• Ein N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor, Modelle 2N3819 oder J309 empfohlen (Radio Shack-Katalog Nr. 276-2035 ist das Modell 2N3819)
• Zwei 6-Volt-Batterien
• Ein 10 kΩ Potentiometer, Singleturn, Linearkegel (Radio Shack Katalog # 271-1715)
• Ein 1-kΩ-Widerstand
• Ein 10 kΩ Widerstand
• Drei 1,5-kΩ-Widerstände

Für dieses Experiment benötigen Sie einen N-Kanal-JFET, keinen P-Kanal! Experiment Sie benötigen einen N-Kanal-JFET, keinen P-Kanal!

Beachten Sie, dass nicht alle Transistoren die gleichen Anschlussbezeichnungen oder Pinbelegungen haben , auch wenn sie die gleiche physische Erscheinung haben. Dies bestimmt, wie Sie die Transistoren miteinander und mit anderen Komponenten verbinden. Überprüfen Sie daher unbedingt die Spezifikationen des Herstellers (Komponentendatenblatt), die Sie leicht auf der Website des Herstellers erhalten.

Beachten Sie, dass das Gehäuse des Transistors und sogar das Datenblatt des Herstellers möglicherweise falsche Klemmenkennzeichnungsdiagramme anzeigen! Es wird dringend empfohlen, die Pinidentitäten mit der "Diodenprüfung"-Funktion Ihres Multimeters zu überprüfen.

Einzelheiten zum Identifizieren von Sperrschicht-Feldeffekttransistoranschlüssen mit einem Multimeter finden Sie in Kapitel 5 des Halbleiterbands (Band III) dieser Buchreihe.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 3, Kapitel 5:„Junction-Feldeffekttransistoren“ Lektionen in elektrischen Schaltungen , Band 3, Kapitel 3:„Dioden und Gleichrichter“

LERNZIELE

• So verwenden Sie einen JFET als Stromregler
• Wie der JFET relativ immun gegen Temperaturänderungen ist

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Zuvor in diesem Kapitel haben Sie gesehen, wie ein Paar bipolarer Sperrschichttransistoren (BJTs) verwendet werden kann, um einen Stromspiegel zu bilden , wobei ein Transistor versuchen würde, denselben Strom wie durch den anderen aufrechtzuerhalten, der Strompegel des anderen wird durch einen variablen Widerstand festgelegt. Diese Schaltung erfüllt die gleiche Aufgabe der Stromregelung, verwendet jedoch einen Single-Junction-Feldeffekttransistor (JFET) anstelle von zwei BJTs.

Die beiden Serienwiderstände R_adjust und R_Grenze den Stromregelpunkt einstellen, während die Lastwiderstände und die dazwischen liegenden Messpunkte nur dazu dienen, trotz Lastwiderstandsänderungen einen konstanten Strom zu demonstrieren. Um das Experiment zu beginnen, berühren Sie TP4 mit der Prüfsonde und stellen Sie das Potentiometer über seinen Hubbereich ein.

Sie sollten einen kleinen, sich ändernden Strom sehen, der von Ihrem Amperemeter angezeigt wird, während Sie den Potentiometermechanismus bewegen:nicht mehr als ein paar Milliampere. Lassen Sie das Potentiometer auf eine runde Zahl von Milliampere eingestellt und bewegen Sie die schwarze Prüfspitze des Messgeräts auf TP3.

Die Stromanzeige sollte fast die gleiche sein wie zuvor. Bewegen Sie die Sonde zu TP2, dann zu TP1. Auch hier sollten Sie eine nahezu unveränderte Strommenge sehen.

Versuchen Sie, das Potentiometer auf eine andere Position einzustellen, um eine andere Stromanzeige zu geben, und berühren Sie die schwarze Sonde des Messgeräts, um die Punkte TP1 bis TP4 zu testen, und achten Sie dabei auf die Stabilität der Stromanzeigen, wenn Sie den Lastwiderstand ändern. Dies demonstriert die aktuelle Regulierung Verhalten dieser Schaltung.

TP5 am Ende eines 10 kΩ-Widerstands ist zum Einführen einer großen Änderung des Lastwiderstands vorgesehen. Wenn Sie die schwarze Prüfspitze Ihres Amperemeters an diesen Prüfpunkt anschließen, ergibt sich ein kombinierter Lastwiderstand von 14,5 kΩ, was zu viel Widerstand für den Transistor ist, um den maximalen geregelten Stromdurchfluss aufrechtzuerhalten.

Um zu erfahren, was ich hier beschreibe, berühren Sie TP1 mit der schwarzen Prüfspitze und stellen Sie das Potentiometer auf maximalen Strom ein. Bewegen Sie nun die schwarze Prüfspitze zu TP2, dann zu TP3, dann zu TP4.

Für alle diese Testpunktpositionen bleibt der Strom ungefähr konstant. Wenn Sie jedoch TP5 mit der schwarzen Sonde berühren, sinkt der Strom dramatisch. Wieso den? Weil bei diesem Lastwiderstandsniveau der Spannungsabfall am Transistor nicht ausreicht, um die Regelung aufrechtzuerhalten.

Mit anderen Worten, der Transistor wird gesättigt, wenn er versucht, mehr Strom bereitzustellen, als der Schaltungswiderstand zulässt. Bewegen Sie die schwarze Prüfspitze zurück auf TP1 und stellen Sie das Potentiometer auf minimalen Strom ein.

Berühren Sie nun mit der schwarzen Prüfspitze TP2, dann TP3, dann TP4 und zuletzt TP5. Was fällt Ihnen an all diesen Punkten an der aktuellen Anzeige auf? Wenn der Stromregelpunkt auf einen geringeren Wert eingestellt wird, kann der Transistor die Regelung über einen viel größeren Lastwiderstandsbereich aufrechterhalten.

Eine wichtige Einschränkung bei der BJT-Stromspiegelschaltung besteht darin, dass beide Transistoren die gleiche Temperatur haben müssen, damit die beiden Ströme gleich sind. Bei dieser Schaltung ist die Transistortemperatur jedoch fast irrelevant.

Versuchen Sie, den Transistor zwischen den Fingern zu greifen, um ihn aufzuheizen, und notieren Sie den Laststrom mit Ihrem Amperemeter. Versuchen Sie es anschließend abzukühlen, indem Sie darauf pusten.

Es entfällt nicht nur die Notwendigkeit der Transistoranpassung (durch die Verwendung von nur einem Transistor), aber auch die thermischen Effekte werden aufgrund der relativen thermischen Immunität des Feldeffekttransistors so gut wie eliminiert. Dieses Verhalten macht Feldeffekttransistoren auch immun gegen thermisches Durchgehen; ein entscheidender Vorteil gegenüber Bipolartransistoren.

Eine interessante Anwendung dieser Stromreglerschaltung ist die sogenannte Konstantstromdiode . Im Kapitel „Dioden und Gleichrichter“ von Band III beschrieben, ist diese Diode überhaupt kein PN-Übergangsgerät. Stattdessen ist es ein JFET mit einem festen Widerstand, der zwischen den Gate- und Source-Anschlüssen geschaltet ist:

Eine normale PN-Übergangsdiode ist in Reihe mit dem JFET enthalten, um den Transistor vor Schäden durch Sperrspannung zu schützen, aber ansonsten wird die Stromregelung dieses Geräts vollständig vom Feldeffekttransistor bereitgestellt.

COMPUTER-SIMULATION

Schema mit SPICE-Knotennummern:

Netzliste (erstellen Sie eine Textdatei mit dem folgenden Text, wörtlich):

JFET-Stromregler 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 lässt keine „Sweeping“-Widerstandswerte zu. Um die Stromregelung dieser Schaltung über einen weiten Bereich von Bedingungen zu demonstrieren, habe ich mich dafür entschieden, die Quellenspannung von 6 auf 12 Volt in 0,1-Volt-Schritten zu verschieben. Wenn Sie möchten, können Sie rload . einstellen auf unterschiedliche Widerstandswerte einstellen und prüfen, ob der Stromkreis konstant bleibt.

Mit einem rlimit Wert von 1 kΩ beträgt der geregelte Strom 291,8 µA. Diese aktuelle Zahl wird höchstwahrscheinlich nicht aufgrund von Unterschieden in den JFET-Parametern mit Ihrem tatsächlichen Stromkreis übereinstimmen.

Viele Hersteller geben SPICE-Modellparameter für ihre Transistoren an, die in das .model eingegeben werden können Zeile der Netzliste für eine genauere Schaltungssimulation.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt für Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET)