Pengatur Arus JFET – Bangun dan Uji Sumber Arus Konstan yang Stabil

BAHAN DAN MATERI

• Satu transistor junction field-effect (JFET) N-channel, seperti 2N3819 atau J309 (katalog Radio Shack #276-2035).
• Dua baterai 6 V.
• Satu potensiometer linier satu putar 10 kΩ (katalog Radio Shack #271-1715).
• Satu resistor 1 kΩ.
• Satu resistor 10 kΩ.
• Tiga resistor 1,5 kΩ.

Penting – gunakan JFET N-channel, bukan perangkat P-channel. Bahkan paket yang tampak identik dapat memiliki pinout yang berbeda, jadi selalu verifikasi datasheet sebelum merangkai.

Karena beberapa produsen kadang-kadang melabeli diagram pin yang salah, periksa kembali setiap pin dengan fungsi diode-check multimeter. Untuk panduan terperinci tentang mengidentifikasi terminal JFET, lihat Bab 5 dari seri Semiconductor Volume III.

REFERENSI SILANG

• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Bab 5: “Transistor Junction Field-Effect”
• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Bab 3: “Dioda dan Rectifier”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Menggunakan JFET sebagai pengatur arus yang akurat.
• Memahami stabilitas termal yang luar biasa JFET.

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Bab-bab sebelumnya memperkenalkan current mirror transistor bipolar junction (BJT), yang menggunakan dua transistor untuk memaksa arus yang sama. Pengatur arus JFET mengganti pasangan itu dengan satu JFET, menawarkan performa yang sama sambil menyederhanakan rangkaian.

Resistor seri R_adjust dan R_limit mengatur arus yang diinginkan, sementara resistor beban dan titik uji (TP1–TP4) menunjukkan bahwa arus tetap konstan terlepas dari perubahan beban. Mulai eksperimen dengan menempatkan probe tes pada TP4 dan sweep potensiometer.

Anda akan mengamati arus yang modest, dapat disesuaikan dalam rentang beberapa miliamps. Pilih nilai miliamps yang nyaman, pindahkan probe ke TP3, lalu TP2, dan akhirnya TP1; meter seharusnya membaca hampir sama setiap kali, mengonfirmasi perilaku constant-current.

Untuk menantang pengatur, sesuaikan potensiometer ke arus yang berbeda dan ulangi pengukuran di TP1–TP4. Arus seharusnya tetap stabil di semua empat titik. Di TP5, yang terletak setelah resistor 10 kΩ, total beban naik ke 14,5 kΩ – resistensi yang memaksa JFET ke dalam saturasi, menyebabkan arus turun secara tajam. Ini mengilustrasikan batas penurunan tegangan dari pengatur.

Ketika titik regulasi diatur ke arus yang lebih rendah, JFET dapat mempertahankan regulasi di atas rentang beban yang jauh lebih luas. Coba memanaskan transistor dengan tangan dan mendinginkan dengan kipas; arus yang diukur akan tetap tidak berubah, menunjukkan imunitas JFET terhadap variasi suhu dan ketahanannya terhadap thermal runaway.

Karena hanya satu transistor yang digunakan, tidak ada persyaratan untuk pencocokan yang presisi, dan rangkaian secara inheren imun terhadap drift suhu yang menimpa mirror BJT.

Aplikasi lain dari konfigurasi ini adalah “constant-current diode.” Ini terdiri dari JFET dengan resistor tetap di antara gate dan source, dilindungi oleh dioda PN-junction seri untuk mencegah reverse bias. Lihat diagram di bawah ini untuk implementasi klasik.

SIMULASI KOMPUTER

Skematik dengan nomor node SPICE:

Netlist (salin berikut ke dalam file teks dan jalankan di SPICE):

 JFET current regulator 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 

Karena SPICE tidak mendukung sweep nilai resistansi, contoh ini memvariasi tegangan sumber dari 6 V hingga 12 V dalam langkah 0,1 V. Dengan R_limit diatur ke 1 kΩ, arus simulasi adalah 291,8 µA – angka yang akan sedikit berbeda dari rangkaian nyata karena variasi parameter perangkat. Banyak produsen menyediakan model SPICE yang dapat disisipkan ke dalam baris .model untuk simulasi yang lebih akurat.

LEMBAR KERJA TERKAIT

• Lembar Kerja Transistor Junction Field-Effect (JFET)