5. Stabilizator de curent cu JFET

Acasă » Aplicaţii practice » 05 - Circuite cu dispozitive semiconductoare discrete (2)

Scopul experimentului

Modul corect de utilizarea a unui tranzistor cu efect de câmp cu joncţiune (JFET) pe post de stabilizator de curent; exemplificarea faptului că JFET-ul este practic imun la variaţiile de temperatură.

Materiale necesare

Un JFET cu canal de tip N, model 2N3819 sau J309; două baterii de 6 V; un potenţiometru liniar de 10 kΩ cu o singură înfăşurare; un rezistor de 1 kΩ; un rezistor de 10 kΩ; trei rezistori de 1,5 kΩ.

Circuitul final arată astfel:

Demonstrarea funcţiei de stabilizator de curent a circuitului

În secţiunea precedentă aţi putut experimenta cu o pereche de tranzistori bipolari cu joncţiune (BJT). În acel circuit, denumit oglindă de curent, valoarea curentului printr-unul din tranzistori era egală cu valoarea curentului prin celălalt, curentul celui din urmă fiind stabilit printr-o rezistenţa variabilă (potenţiometru). Circuitul de faţă realizează aceiaşi funcţie, şi anume, stabilizarea curentului, dar utilizează un singur tranzistor cu efect de câmp cu joncţiune (JFET) în locul celor doi tranzistori (BJT).

Cei doi rezistori serie, R_ajustare şi R_limitare sunt folosiţi pentru setarea valorii curentului stabilizat. Rezistorii de sarcină şi punctele de test (TP) dintre aceştia sunt utilizaţi doar pentru a demonstra valoarea constantă a curentului în ciuda variaţiei sarcinii.

Pentru a începe experimentul, aduceţi sonda de test neagră în contact cu punctul de test TP₄. Treceţi potenţiometrul prin toate stările posibile. Curentul variabil indicat de ampermetru, pe măsură ce deplasaţi peria potenţiometrului, nu va trece de câţiva miliamperi.

Lăsaţi potenţiometrul pe o poziţie fixă, astfel încât valoarea curentului indicată de ampermetru să fie o valoare întreagă, în mA. Aduceţi sonda de test în contact cu punctul TP₃. Valoarea indicată a curentului ar trebui să fie aproximativ aceiaşi ca şi înainte. Repoziţionaţi sonda de test în punctele TP₂ şi apoi TP₁. Din nou, veţi observa că valoarea curentului rămâne practic neschimbată. Mutaţi potenţiometrul pe o altă poziţie, obţinând o indicaţie diferită pentru curent. Aduceţi din nou sonda de test în contact cu punctele TP₁ - TP₄. Observaţi din nou stabilitatea curentului, indicată de ampermetru, pe măsură ce modificaţi rezistenţa de sarcină. Acest lucru demonstrează fără echivoc rolul de stabilizator de curent al circuitului.

Scopul punctului de test TP₅, la capătul rezistorului de 10 kΩ, este de a introduce o variaţie mare a rezistenţei de sarcină în circuit. Aduceţi sonda de test a ampermetrului în contact cu acest punct. Sarcina totală combinată va fi de 14,5 kΩ. Această rezistenţă va fi prea mare pentru rezistor şi pentru stabilizatorul de curent. Pentru a înţelege ceea ce am descris mai sus, aduceţi sonda de test în contact cu punctul TP₁ şi ajustaţi potenţiometrul pentru o valoare maximă a curentului. Mutaţi apoi sonda în punctele TP₂, respectiv TP₃ şi TP₄. Pentru toate acest poziţii, curentul de ieşire va rămâne aproximativ constant.

Totuşi, atunci când aduceţi sonda de test în contact cu punctul TP₅, valoarea curentului va scădea dramatic. De ce se întâmplă acest lucru? Deoarece la o astfel de sarcină, căderea de tensiune pe tranzistor necesară menţinerii stabilităţii curentului de ieşire, este insuficientă. Cu alte cuvinte, tranzistorul va fi saturat pe măsură ce va încerca să ofere un curent mai mare decât permite rezistenţa circuitului.

Aduceţi sonda de test din nou în contact cu TP₁ şi ajustaţi potenţiometrul pentru o valoare minimă a curentului prin sarcină. Aduceţi apoi sonda de test, pe rând, în contact cu punctele TP₂, TP₃, TP₄ respectiv TP₅. Ce puteţi observa legat de valoarea curentului în toate aceste puncte? Când punctul de stabilizare al curentului este setat la o valoare mai mică, tranzistorul este capabil să stabilizeze curentul pentru o plajă mai largă a valorilor rezistenţei de sarcină.

Stabilitatea circuitului la variaţia temperaturii

Ceea ce am spus în secţiunea precedentă legat de necesitatea menţinerii ambilor tranzistori la o temperatură egală, nu mai este necesar în acest caz. În acest circuit, temperatura tranzistorului este practic irelevantă. Prindeţi tranzistorului între degete pentru a-l încălzi şi observaţi valoarea curentului indicată de ampermetru. Răciţi apoi tranzistorul suflând pe el. Cu această variantă, am eliminat necesitatea menţinerii celor două dispozitive la temperaturi egale prin utilizarea unui singur tranzistor. Mai mult decât atât, efectele termice sunt complet eliminate datorită imunităţii termice relative ale tranzistorilor cu efect de câmp.

Acest comportament înseamnă că tranzistorii cu efect de câmp sunt imuni la deriva termică, un avantaj mare faţă de tranzistorii bipolari cu joncţiune.

Dioda de curent constant (diodă de limitare de curent)

O aplicaţie interesantă a acestui circuit stabilizator de curent o constituie aşa numita diodă de curent constant. Contrar denumirii, acesta nu este deloc un dispozitiv cu joncţiune PN, ci un JFET cu o rezistenţa fixă conectată între poartă şi terminalii sursă:

Conectată în serie cu tranzistorul JFET, este o diodă normală cu joncţiune PN, pentru protecţia tranzistorului la defect datorită tensiunii de polarizare inversă. Pe lângă acest lucru însă, funcţia de stabilizator de curent al acestui dispozitiv îi revine în întregime tranzistorului cu efect de câmp.