Bangun Rangkaian Current Mirror yang Andal: Panduan Langkah demi Langkah

Bagian dan Bahan

• Dua transistor NPN (2N2222 atau 2N3403 direkomendasikan; Radio Shack #276-1617 menawarkan paket 15 potong)
• Dua baterai 6 V
• Potensiometer linier 10 kΩ (Radio Shack #271-1715)
• Dua resistor 10 kΩ
• Empat resistor 1,5 kΩ

Menggunakan transistor sinyal kecil memungkinkan Anda mengamati efek “thermal runaway” yang halus pada arus rendah. Pasang NPN identik apa pun akan berfungsi, tetapi periksa datasheet untuk konsistensi pin-out—paket yang melabeli salah dapat menyesatkan.

Verifikasi penugasan pin dengan mode diode-check multimeter; bab 4 dari seri Semiconductor Volume III membahas ini secara terperinci.

Tujuan Pembelajaran

• Membangun rangkaian current mirror
• Memahami batas regulasi arusnya
• Menjelajahi ketergantungan suhu BJT
• Mengalami thermal runaway yang dikontrol

Diagram Skematik

Ilustrasi

Instruksi

Current mirror berfungsi sebagai pengatur arus sederhana yang dapat disesuaikan. Arus diatur oleh satu resistensi, menjadikannya solusi yang banyak digunakan dan hemat biaya.

Bangun rangkaian persis seperti yang ditunjukkan. Anda akan membutuhkan satu resistor 1,5 kΩ tambahan untuk tahap akhir eksperimen.

Potensiometer mengontrol arus kolektor Q₁, yang berperilaku seperti dioda. Mencocokkan junciton basis-emitor Q₁ dan Q₂ memastikan bahwa tegangan yang sama mengemudikan kedua transistor, sehingga arus kolektor mereka mencerminkan satu sama lain.

Karena arus basis sama dan transistor cocok, Q₂ secara otomatis menyesuaikan tegangan kolektor-emitornya untuk mempertahankan arus kolektor yang sama, terlepas dari resistensi beban.

Untuk menguji ini, beban pada Q₂ dihubungkan ke ammeter. Lima titik uji (TP1–TP5) memungkinkan Anda mengubah resistensi beban dari hampir nol hingga ~14,5 kΩ dengan cepat.

Mulai dengan menempatkan probe hitam ammeter pada TP4 dan sweep potensiometer. Catat arus. Pindahkan probe ke TP3, TP2, dan TP1, catat bagaimana arus tetap stabil. Lalu ulangi dengan potensiometer diatur ke arus yang berbeda. Arus seharusnya tetap hampir konstan hingga resistensi bekan mendekati TP5, di mana arus turun karena Q₂ tidak lagi dapat menyediakan arus yang sama pada resistensi yang tinggi itu.

Hasil ini mengilustrasikan batas praktis pengatur. Perangkat hanya dapat menyediakan arus tetap hingga resistensi beban tertentu; di luar itu, ia saturasi.

Suhu sangat krusial. Jika satu transistor terlalu panas, tegangan basis-emitornya berubah, mengganggu mirror. Jaga kedua transistor pada suhu yang sama—mempel menempelkannya back-to-back adalah praktik umum.

Untuk mengamati efek, panaskan satu transistor dengan tangan; arus beban akan meningkat. Pendinginkan dan memanaskan transistor lain; arus akan berubah sesuai. Terakhir, biarkan satu transistor terlalu panas dengan mengatur potensiometer ke ~10 mA, lalu meningkatkan ke 30 mA. Amati kenaikan arus tanpa menyesuaikan potensiometer—ini adalah thermal runaway.

Simulasi Komputer

Gunakan SPICE untuk memodelkan rangkaian. Sisipkan netlist berikut ke dalam file teks:

Current mirror v1 1 0 vammeter 1 3 dc 0 rlimit 1 2 10k rload 3 4 3k q1 2 2 0 mod1 q2 4 2 0 mod1 .model mod1 npn bf=100 .dc v1 12 12 1 .print dc i(vammeter) .end

V_ammeter adalah sumber nol tegangan yang mengukur arus beban. Sesuaikan R_load untuk melihat performa pengatur; dengan R_limit pada 10 kΩ dan supply 12 V, arus simulasi adalah 1,1 mA di atas rentang resistansi yang luas.

Lembar Kerja Terkait

• Lembar Kerja Sumber Daya Terregulasi
• Lembar Kerja Penguat Diferensial Transistor