Pengatur Arus JFET

BAGIAN DAN BAHAN

• Satu transistor efek medan sambungan N-channel, model 2N3819 atau J309 direkomendasikan (Katalog Radio Shack # 276-2035 adalah model 2N3819)
• Dua baterai 6 volt
• Satu potensiometer 10 kΩ, putaran tunggal, lancip linier (katalog Radio Shack # 271-1715)
• Satu resistor 1 kΩ
• Satu resistor 10 kΩ
• Tiga resistor 1,5 kΩ

Untuk eksperimen ini, Anda memerlukan JFET saluran-N, bukan saluran-P! eksperimen Anda memerlukan JFET saluran-N, bukan saluran-P!

Berhati-hatilah karena tidak semua transistor memiliki penunjukan terminal yang sama, atau pinout , bahkan jika mereka memiliki penampilan fisik yang sama. Ini akan menentukan bagaimana Anda menghubungkan transistor bersama-sama dan ke komponen lain, jadi pastikan untuk memeriksa spesifikasi pabrikan (lembar data komponen), yang mudah diperoleh dari situs web pabrikan.

Hati-hati bahwa mungkin saja paket transistor dan bahkan lembar data pabrikan menunjukkan diagram identifikasi terminal yang salah! Sangat disarankan untuk memeriksa ulang identitas pin dengan fungsi "pemeriksaan dioda" multimeter Anda.

Untuk detail tentang cara mengidentifikasi terminal transistor efek medan sambungan menggunakan multimeter, lihat bab 5 volume Semikonduktor (volume III) dari seri buku ini.

REFERENSI SILANG

Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 3, bab 5:“Transistor Efek Medan Persimpangan” Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 3, bab 3:“Dioda dan Penyearah”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Cara menggunakan JFET sebagai pengatur arus
• Bagaimana JFET relatif kebal terhadap perubahan suhu

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Sebelumnya dalam bab ini, Anda telah melihat bagaimana sepasang transistor sambungan bipolar (BJT) dapat digunakan untuk membentuk cermin arus , di mana satu transistor akan mencoba mempertahankan arus yang sama melaluinya seolah-olah yang lain, level arus yang lain ditetapkan oleh resistansi variabel. Sirkuit ini melakukan tugas yang sama untuk mengatur arus tetapi menggunakan transistor efek medan sambungan tunggal (JFET) alih-alih dua BJT.

Dua resistor seri R_menyesuaikan dan R_batas atur titik pengaturan arus, sedangkan resistor beban dan titik uji di antara keduanya hanya berfungsi untuk menunjukkan arus konstan meskipun ada perubahan resistansi beban. Untuk memulai eksperimen, sentuh probe uji ke TP4 dan sesuaikan potensiometer melalui jangkauan perjalanannya.

Anda akan melihat arus kecil yang berubah yang ditunjukkan oleh ammeter Anda saat Anda menggerakkan mekanisme potensiometer:tidak lebih dari beberapa miliampere. Biarkan potensiometer disetel ke posisi yang memberikan angka bulat miliampere dan pindahkan probe uji hitam meteran ke TP3.

Indikasi saat ini harus sangat hampir sama seperti sebelumnya. Pindahkan probe ke TP2, lalu TP1. Sekali lagi, Anda akan melihat jumlah arus yang hampir tidak berubah.

Coba sesuaikan potensiometer ke posisi lain, berikan indikasi arus yang berbeda, dan sentuh probe hitam meteran untuk menguji titik TP1 hingga TP4, perhatikan stabilitas indikasi arus saat Anda mengubah tahanan beban. Ini menunjukkan pengaturan . saat ini perilaku sirkuit ini.

TP5, pada ujung resistor 10 kΩ, disediakan untuk memperkenalkan perubahan besar dalam resistansi beban. Menghubungkan probe uji hitam ammeter Anda ke titik uji tersebut memberikan resistansi beban gabungan sebesar 14,5 kΩ, yang akan menjadi hambatan yang terlalu besar bagi transistor untuk mempertahankan arus teregulasi maksimum yang melaluinya.

Untuk mengalami apa yang saya jelaskan di sini, sentuh probe uji hitam ke TP1 dan sesuaikan potensiometer untuk arus maksimum. Sekarang, pindahkan probe uji hitam ke TP2, lalu TP3, lalu TP4.

Untuk semua posisi titik uji ini, arus akan tetap konstan. Namun, ketika Anda menyentuh probe hitam ke TP5, arus akan turun drastis. Mengapa? Karena pada tingkat resistansi beban ini, ada penurunan tegangan yang tidak mencukupi pada transistor untuk mempertahankan regulasi.

Dengan kata lain, transistor akan jenuh karena mencoba memberikan arus lebih dari yang diizinkan oleh resistansi rangkaian. Pindahkan probe uji hitam kembali ke TP1 dan sesuaikan potensiometer untuk arus minimum.

Sekarang, sentuh probe uji hitam ke TP2, lalu TP3, lalu TP4, dan terakhir TP5. Apa yang Anda perhatikan tentang indikasi saat ini di semua titik ini? Ketika titik pengaturan arus diatur ke nilai yang lebih rendah, transistor mampu mempertahankan pengaturan pada rentang tahanan beban yang jauh lebih besar.

Peringatan penting dengan rangkaian cermin arus BJT adalah bahwa kedua transistor harus berada pada suhu yang sama agar kedua arus menjadi sama. Namun, dengan sirkuit ini, suhu transistor hampir tidak relevan.

Coba pegang transistor di antara jari-jari Anda untuk memanaskannya, perhatikan arus beban dengan ammeter Anda. Coba dinginkan setelahnya dengan meniupnya.

Tidak hanya persyaratan pencocokan transistor dihilangkan (karena penggunaan hanya satu transistor), tetapi efek termal dihilangkan juga karena kekebalan termal relatif dari transistor efek medan. Perilaku ini juga membuat transistor efek medan kebal terhadap pelarian termal; keuntungan yang pasti dibandingkan transistor sambungan bipolar.

Aplikasi yang menarik dari rangkaian pengatur arus ini adalah apa yang disebut dioda arus konstan . Dijelaskan dalam bab “Dioda dan Penyearah” volume III, dioda ini sebenarnya bukan perangkat sambungan PN sama sekali. Sebaliknya, ini adalah JFET dengan resistansi tetap yang terhubung antara gerbang dan terminal sumber:

Dioda PN-junction normal disertakan secara seri dengan JFET untuk melindungi transistor dari kerusakan akibat tegangan bias balik, tetapi fasilitas pengatur arus perangkat ini sepenuhnya disediakan oleh transistor efek medan.

SIMULASI KOMPUTER

Skema dengan nomor simpul SPICE:

Netlist (buat file teks yang berisi teks berikut, kata demi kata):

JFET regulator arus 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 tidak mengizinkan nilai resistansi "menyapu", jadi untuk mendemonstrasikan regulasi saat ini dari rangkaian ini pada berbagai kondisi, saya telah memilih untuk menyapu tegangan sumber dari 6 hingga 12 volt dalam langkah 0,1 volt. Jika mau, Anda dapat mengatur rload ke nilai resistansi yang berbeda dan verifikasi bahwa arus rangkaian tetap konstan.

Dengan batas nilai 1 kΩ, arus yang diatur akan menjadi 291,8 A. Angka saat ini kemungkinan besar tidak sama dengan arus rangkaian Anda yang sebenarnya, karena perbedaan parameter JFET.

Banyak produsen memberikan parameter model SPICE untuk transistor mereka, yang dapat diketik di .model garis netlist untuk simulasi sirkuit yang lebih akurat.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar kerja transistor efek medan sambungan (JFET)