JFET 电流调节器

零件和材料

• 一个 N 沟道结型场效应晶体管，推荐使用型号 2N3819 或 J309（Radio Shack 目录号 #276-2035 是型号 2N3819）
• 两节 6 伏电池
• 一个 10 kΩ 电位器，单圈，线性锥度（Radio Shack 目录 # 271-1715）
• 一个 1 kΩ 电阻器
• 一个 10 kΩ 电阻器
• 三个 1.5 kΩ 电阻器

对于此实验，您将需要 N 沟道 JFET，而不是 P 沟道！实验您将需要 N 沟道 JFET，而不是 P 沟道！

请注意，并非所有晶体管都具有相同的端子名称或引脚 ，即使它们具有相同的外观。这将决定如何将晶体管连接在一起以及如何连接到其他组件，因此请务必查看制造商的规格（组件数据表），可从制造商的网站轻松获取。

请注意，晶体管的封装甚至制造商的数据表可能会显示不正确的端子识别图！强烈建议使用万用表的“二极管检查”功能仔细检查引脚标识。

关于如何使用万用表识别结型场效应晶体管端子的详细信息，请参阅本系列丛书半导体卷（第三卷）第5章。

交叉引用

电路课程 ，第 3 卷第 5 章：“结型场效应晶体管”电路课程 ，第 3 卷，第 3 章：“二极管和整流器”

学习目标

• 如何使用 JFET 作为电流调节器
• JFET 如何相对不受温度变化的影响

原理图

插图

说明

在本章前面，您看到了如何使用一对双极结型晶体管 (BJT) 来形成电流镜 ，从而一个晶体管会试图保持相同的电流通过它，就像另一个一样，另一个的电流水平是由可变电阻建立的。该电路执行相同的电流调节任务，但使用单结场效应晶体管 (JFET) 而不是两个 BJT。

两个串联电阻 Radjust 和 Rlimit 设置电流调节点，而负载电阻和它们之间的测试点仅用于演示尽管负载电阻发生变化的恒定电流。开始实验时，将测试探针接触到 TP4 并在其行程范围内调整电位器。

当您移动电位计机构时，您应该看到安培计指示的一个小的、不断变化的电流：不超过几毫安。将电位器设置在给出整数毫安数的位置，并将仪表的黑色测试探针移至 TP3。

当前指示应该与以前几乎相同。将探头移至 TP2，然后移至 TP1。同样，您应该会看到几乎没有变化的电流量。

尝试将电位器调整到另一个位置，给出不同的电流指示，并触摸仪表的黑色探针测试点 TP1 到 TP4，注意改变负载电阻时电流指示的稳定性。这展示了当前的调节 该电路的行为。

TP5 位于 10 kΩ 电阻器的末端，用于引入负载电阻的较大变化。将您的电流表的黑色测试探头连接到该测试点会产生 14.5 kΩ 的组合负载电阻，这对于晶体管来说太大了，无法维持通过的最大调节电流。

要体验我在这里描述的内容，请将黑色测试探针接触到 TP1 并调整电位计以获得最大电流。现在，将黑色测试探针移至 TP2，然后是 TP3，然后是 TP4。

对于所有这些测试点位置，电流将保持大致恒定。但是，当您将黑色探头接触到 TP5 时，电流会急剧下降。为什么？因为在这种负载电阻水平下，晶体管两端的压降不足以维持稳压。

换句话说，晶体管将饱和，因为它试图提供比电路电阻允许的更多的电流。将黑色测试探针移回 TP1 并调整电位器以获得最小电流。

现在，将黑色测试探针接触到 TP2，然后是 TP3，然后是 TP4，最后是 TP5。您对所有这些点的当前指示有何注意事项？当电流调节点调整到较小的值时，晶体管能够在更大的负载电阻范围内保持调节。

BJT 电流镜电路的一个重要警告是，两个晶体管必须处于相同的温度才能使两个电流相等。然而，对于这个电路，晶体管温度几乎无关紧要。

试着用手指夹住晶体管加热，用电流表记录负载电流。之后试着吹一下让它冷却。

不仅消除了晶体管匹配的要求（因为只使用了一个 晶体管），但由于场效应晶体管的相对热抗扰度，热效应也几乎消除了。这种行为也使场效应晶体管不受热失控的影响；明显优于双极结型晶体管。

这种电流调节器电路的一个有趣应用是所谓的恒流二极管 .在第三卷的“二极管和整流器”一章中描述，该二极管根本不是真正的 PN 结器件。相反，它是一个在栅极和源极端子之间连接有固定电阻的 JFET：

一个普通的 PN 结二极管与 JFET 串联，以保护晶体管免受反向偏置电压的损坏，但除此之外，该器件的电流调节设施完全由场效应晶体管提供。

计算机模拟

带有 SPICE 节点号的示意图：

网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字逐句）：

JFET 电流调节器 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 不允许“扫描”电阻值，因此为了演示该电路在各种条件下的电流调节，我选择以 0.1 伏的步长从 6 伏到 12 伏扫描源电压。如果你愿意，你可以设置 rload 到不同的电阻值并验证电路电流保持恒定。

带有 rlimit 1 kΩ 的值，调节电流将为 291.8 µA。目前这个数字很可能不会 由于JFET参数不同，请与您的实际电路电流相同。

许多制造商为他们的晶体管提供了 SPICE 模型参数，这些参数可以在 .model 中输入 网表线，以实现更精确的电路仿真。

相关工作表：

• 结型场效应晶体管 (JFET) 工作表