5.15: Regulador de corriente JFET

PARTES Y MATERIALES

• Un transistor de efecto campo de unión de canal N, se recomiendan los modelos 2N3819 o J309 (Radio Shack catálogo # 276-2035 es el modelo 2N3819)
• Dos baterías de 6 voltios
• Un potenciómetro de 10 kΩ, giro simple, cono lineal (Radio Shack catálogo # 271-1715)
• Una resistencia de 1 kΩ
• Una resistencia de 10 kΩ
• Tres resistencias de 1.5 kΩ

Para este experimento necesitarás un JFET de canal N, ¡no un canal P! experimento necesitarás un JFET de canal N, ¡no un canal P!

Tenga en cuenta que no todos los transistores comparten las mismas designaciones de terminales, o pinouts, aunque compartan la misma apariencia física. Esto dictará cómo conecta los transistores entre sí y a otros componentes, así que asegúrese de verificar las especificaciones del fabricante (hoja de datos del componente), fácilmente obtenidas del sitio web del fabricante. ¡Tenga en cuenta que es posible que el paquete del transistor e incluso la hoja de datos del fabricante muestre diagramas de identificación de terminales incorrectos! Es muy recomendable verificar las identidades de los pines con la función de “verificación de diodos” de su multímetro. Para obtener detalles sobre cómo identificar terminales de transistores de efecto campo de unión usando un multímetro, consulte el capítulo 5 del volumen Semiconductor (volumen III) de esta serie de libros.

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 5: “Transistores de Efecto Campo de Unión”

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 3: “Diodos y Rectificadores”

Objetivos de aprendizaje

• Cómo usar un JFET como regulador de corriente
• Cómo el JFET es relativamente inmune a los cambios de temperatura

Diagrama esquemático

Ilustracion

INDICACIONES

Anteriormente en este capítulo, se vio cómo un par de transistores de unión bipolar (BJT) podrían usarse para formar un espejo de corriente, por lo que un transistor intentaría mantener la misma corriente a través de él como si el otro, el nivel de corriente del otro se estableciera por una resistencia variable. Este circuito realiza la misma tarea de regular la corriente pero utiliza un transistor de efecto de campo de unión simple (JFET) en lugar de dos BJT.

Las dos resistencias serie R _ajustan y R _límite establecen el punto de regulación de corriente, mientras que las resistencias de carga y los puntos de prueba entre ellas sirven solo para demostrar corriente constante a pesar de los cambios en la resistencia de carga.

Para comenzar el experimento, toque la sonda de prueba a TP4 y ajuste el potenciómetro a través de su rango de recorrido. Deberías ver una corriente pequeña y cambiante indicada por tu amperímetro a medida que mueves el mecanismo del potenciómetro: no más de unos pocos miliamperios. Deje el potenciómetro ajustado en una posición que dé un número redondo de miliamperios y mueva la sonda de prueba negra del medidor a TP3. La indicación actual debería ser casi la misma que antes. Mueva la sonda a TP2 y luego a TP1. Nuevamente, deberías ver una cantidad casi sin cambios de corriente. Intente ajustar el potenciómetro a otra posición, dando una indicación de corriente diferente, y toque la sonda negra del medidor para probar los puntos TP1 a TP4, observando la estabilidad de las indicaciones de corriente a medida que cambia la resistencia de carga. Esto demuestra el comportamiento regulador de corriente de este circuito.

TP5, al final de una resistencia de 10 kΩ, se proporciona para introducir un gran cambio en la resistencia de carga. Conectar la sonda de prueba negra de su amperímetro a ese punto de prueba le da una resistencia de carga combinada de 14.5 kΩ, que será demasiada resistencia para que el transistor mantenga la corriente máxima regulada a través. Para experimentar lo que estoy describiendo aquí, toque la sonda de prueba negra a TP1 y ajuste el potenciómetro para la corriente máxima. Ahora, mueva la sonda de prueba negra a TP2, luego TP3, luego TP4. Para todas estas posiciones de punto de prueba, la corriente se mantendrá aproximadamente constante. Sin embargo, cuando toca la sonda negra a TP5, la corriente caerá dramáticamente. ¿Por qué? Porque a este nivel de resistencia de carga, hay una caída de voltaje insuficiente a través del transistor para mantener la regulación. En otras palabras, el transistor estará saturado ya que intenta proporcionar más corriente de la que permitirá la resistencia del circuito.

Mueva la sonda de prueba negra de nuevo a TP1 y ajuste el potenciómetro para una corriente mínima. Ahora, toque la sonda de prueba negra a TP2, luego TP3, luego TP4, y finalmente TP5. ¿Qué nota de la indicación actual en todos estos puntos? Cuando el punto de regulación de corriente se ajusta a un valor menor, el transistor es capaz de mantener la regulación en un rango mucho mayor de resistencia de carga.

Una advertencia importante con el circuito de espejo de corriente BJT es que ambos transistores deben estar a la misma temperatura para que las dos corrientes sean iguales. Con este circuito, sin embargo, la temperatura del transistor es casi irrelevante. Intenta agarrar el transistor entre tus dedos para calentarlo, observando la corriente de carga con tu amperímetro. Intente enfriarlo después soplando sobre él. No solo se elimina el requisito de coincidencia de transistores (debido al uso de un solo transistor), sino que los efectos térmicos se eliminan también debido a la inmunidad térmica relativa del transistor de efecto de campo. Este comportamiento también hace que los transistores de efecto de campo sean inmunes a la fuga térmica; una ventaja decidida sobre los transistores de unión bipolar.

Una aplicación interesante de este circuito regulador de corriente es el llamado diodo de corriente constante. Descrito en el capítulo “Diodos y rectificadores” del volumen III, este diodo no es realmente un dispositivo de unión PN en absoluto. En cambio, es un JFET con una resistencia fija conectada entre los terminales de puerta y fuente:

Un diodo de unión PNnormal se incluye en serie con el JFET para proteger el transistor contra daños por voltaje de polarización inversa, pero por lo demás la instalación de regulación de corriente de este dispositivo es proporcionada completamente por el transistor de efecto de campo.

SIMULACIÓN COMPU

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (hacer un archivo de texto que contenga el siguiente texto, textualmente):

SPICE no permite valores de resistencia de “barrido”, por lo que para demostrar la regulación de corriente de este circuito en una amplia gama de condiciones, he elegido barrer el voltaje de la fuente de 6 a 12 voltios en pasos de 0.1 voltios. Si lo desea, puede establecer rload a diferentes valores de resistencia y verificar que la corriente del circuito permanezca constante. Con un valor rlimit de 1 kΩ, la corriente regulada será 291.8 µA. Esta cifra actual probablemente no será la misma que la actual de su circuito real, debido a diferencias en los parámetros JFET.

Muchos fabricantes dan parámetros del modelo SPICE para sus transistores, que pueden escribirse en el. línea modelo de la netlist para una simulación de circuito más precisa.