전류 미러 회로를 만드는 방법

부품 및 재료

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2개의 NPN 트랜지스터 - 모델 2N2222 또는 2N3403 권장(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1617은 이 실험 및 기타 실험에 이상적인 15개의 NPN 트랜지스터 패키지)

6볼트 배터리 2개

10kΩ 전위차계 1개, 단일 회전, 선형 테이퍼(Radio Shack 카탈로그 번호 271-1715)

10kΩ 저항 2개

1.5kΩ 저항 4개

실험 후반부에서 "열 폭주"를 경험할 수 있도록 소신호 트랜지스터를 사용하는 것이 좋습니다. 더 큰 "전력" 트랜지스터는 이러한 낮은 전류 수준에서 동일한 동작을 나타내지 않을 수 있습니다. 그러나 모든 한 쌍의 동일한 NPN 트랜지스터를 사용하여 전류 미러를 만들 수 있습니다.

모든 트랜지스터가 동일한 터미널 지정 또는 핀아웃을 공유하는 것은 아닙니다. , 같은 외모를 공유하더라도.

이것은 트랜지스터를 함께 연결하고 다른 구성 요소에 연결하는 방법을 지시하므로 제조업체의 웹 사이트에서 쉽게 얻을 수 있는 제조업체의 사양(구성 요소 데이터시트)을 확인하십시오. 트랜지스터 패키지와 제조업체의 데이터시트에 잘못된 단자 식별 다이어그램이 표시될 수 있다는 점에 주의하십시오!

멀티미터의 "다이오드 검사" 기능으로 핀 ID를 다시 확인하는 것이 좋습니다. 멀티미터를 사용하여 바이폴라 트랜지스터 단자를 식별하는 방법에 대한 자세한 내용은 이 책 시리즈의 반도체 볼륨(3권)의 4장을 참조하십시오.

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 3권, 4장:"바이폴라 접합 트랜지스터"

학습 목표

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전류 미러 회로를 만드는 방법

전류 미러 회로의 전류 제한

BJT의 온도 의존성

통제된 "열 폭주" 상황 경험

개략도

그림

지침

전류 미러는 조정 가능한 전류 조정기로 생각할 수 있습니다. , 전류 제한은 단일 저항으로 쉽게 설정됩니다. 다소 조잡한 전류 조정기 회로이지만 단순성으로 인해 널리 사용되는 회로입니다.

이 실험에서는 이러한 회로 중 하나를 구축하고 전류 조절 속성을 탐색하며 실제적인 한계를 직접 경험할 수 있는 기회를 얻게 됩니다. 회로도 및 그림과 같이 회로를 구성합니다.

부품 목록에 지정된 부품에서 하나의 추가 1.5kΩ 고정 값 저항이 있습니다. 이 실험의 마지막 부분에서 사용할 것입니다.

전위차계는 트랜지스터 Q₁를 통과하는 전류의 양을 설정합니다. . 이 트랜지스터는 PN 접합과 같은 단순한 다이오드로 작동하도록 연결됩니다.

일반 다이오드 대신 트랜지스터를 사용하는 이유는 무엇입니까? 일치하는 것이 중요하기 때문에 전류 미러 회로에서 사용할 때 이 두 트랜지스터의 접합 특성. Q₁의 베이스-이미터 접합에서 전압 강하 다른 트랜지스터 Q₂의 베이스-이미터 접합에 영향을 줍니다. , "켜짐"을 유발하고 마찬가지로 전류를 전도합니다.

두 트랜지스터의 베이스-이미터 접합에 걸리는 전압이 동일하기 때문에(두 접합 쌍이 서로 병렬로 연결됨) 동일한 접합 특성과 동일한 접합 온도를 가정할 때 전류가 베이스 단자를 통과해야 합니다. 일치하는 트랜지스터는 동일한 β 비율도 가져야 하므로 동일한 기본 전류는 동일한 콜렉터 전류를 의미합니다.

이 모든 것의 실제 결과는 Q₂입니다. Q₁의 컬렉터를 통해 설정된 전류 크기를 모방한 '컬렉터 전류 전위차계에 의해. 즉, Q₂를 통한 전류 거울 Q₁을 통한 전류 . 부하 저항의 변화(Q₂의 컬렉터를 연결하는 저항 배터리의 양극에) Q₁에 영향을 미치지 않습니다. 's 전류, 결과적으로 Q₂의 베이스 이미터 전압 또는 베이스 전류에 영향을 미치지 않습니다. .

일정한 기본 전류와 거의 일정한 β 비율로 Q₂ 컬렉터(부하) 전류를 일정하게 유지하는 데 필요한 만큼 컬렉터-이미터 전압을 떨어뜨립니다. 따라서 전류 미러 회로는 조절 부하 저항에 관계없이 전위차계에서 설정한 값의 전류

글쎄, 그것은 어쨌든 작동하는 방법입니다. 현실은 곧 보게 될 것처럼 그렇게 간단하지 않습니다.

표시된 회로도에서 Q₂의 부하 회로 전류 측정이 용이하도록 전류계를 통해 배터리의 양극에 완료됩니다. 전류계의 검은색 프로브를 회로의 특정 지점에 단단히 연결하는 대신 5개의 테스트 지점을 표시했습니다. , TP1 ~ TP5, 전류를 측정하는 동안 검은색 테스트 프로브를 만질 수 있습니다.

이를 통해 빠르고 쉽게 부하 저항을 변경할 수 있습니다. 프로브를 TP1에 접촉하면 부하 저항이 거의 발생하지 않는 반면 TP5에 접촉하면 부하 저항이 약 14.5kΩ이 됩니다. 실험을 시작하려면 테스트 프로브를 TP4에 터치하고 이동 범위를 통해 전위차계를 조정합니다.

전위차계 메커니즘을 움직일 때 전류계에 표시된 작은 변화하는 전류가 표시되어야 합니다. 몇 밀리암페어 이하입니다. 전위차계를 밀리암페어 수를 제공하는 위치로 설정하고 미터의 검은색 테스트 프로브를 TP3으로 이동합니다.

현재 표시는 이전과 거의 동일해야 합니다. 프로브를 TP2로 이동한 다음 TP1로 이동합니다.

다시 말하지만 거의 변하지 않은 양의 전류가 표시되어야 합니다. 전위차계를 다른 위치로 조정하여 다른 전류 표시를 제공하고 미터의 검은색 프로브를 테스트 지점 TP1에서 TP4까지 터치하여 부하 저항을 변경할 때 전류 표시의 안정성을 확인합니다.

이는 현재 규제를 보여줍니다. 이 회로의 동작. 현재 규정이 완벽하지 않다는 점에 유의해야 합니다.

거의 전류를 조절함에도 불구하고 0과 4.5kΩ 사이의 부하 저항 값은 이 범위에서 약간의 변동이 있습니다. 부하 저항이 너무 높게 올라가도록 허용되면 레귤레이션이 훨씬 더 나빠질 수 있습니다.

TP1에 연결된 전류계 테스트 프로브에 표시된 대로 최대 전류가 얻어지도록 전위차계를 조정해 보십시오. 전위차계를 해당 위치에 두고 미터 프로브를 TP2, TP3, TP4, 마지막으로 TP5로 이동하고 각 연결 지점에서 미터의 표시를 확인합니다.

전류는 미터 프로브가 마지막 테스트 포인트인 TP5로 이동할 때까지 거의 일정한 값으로 조정되어야 합니다. 그곳에서 현재 표시는 다른 테스트 지점보다 상당히 낮을 것입니다.

왜 이런거야? Q₂에 너무 많은 부하 저항이 삽입되었기 때문에 의 회로. 간단히 말해서 Q₂ 이 큰 부하 저항으로 더 적은 부하 저항을 사용할 때와 동일한 양의 전류를 유지하기 위해 이미 있는 것보다 더 이상 "켜질" 수 없습니다.

이 현상은 모든 전류 조정기 회로에 공통적입니다. 전류 조정기가 포화되기 전에 처리할 수 있는 저항의 양이 제한되어 있습니다. . 모든을 통해 일정한 양의 전류를 공급할 수 있는 모든 전류 조정기 회로가 상상할 수 있는 부하 저항은 이를 수행하기 위해 무제한의 전압 소스가 필요합니다!

옴의 법칙(E=IR)은 주어진 양의 저항을 통해 주어진 양의 전류를 밀어내는 데 필요한 전압의 양을 지시하며, 12볼트의 전원 공급 장치 전압만 사용하면 부하 전류와 부하 저항의 유한한 한계를 확실히 알 수 있습니다. 이 회로에 대해 존재합니다. 이러한 이유로 전류 조정기 회로를 전류 리미터로 생각하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 그들이 실제로 할 수 있는 일은 전류를 최대값으로 제한하는 것뿐입니다.

일반적으로 전류 미러 회로에 대한 중요한 주의 사항은 두 트랜지스터 사이의 온도가 동일하다는 것입니다. 두 트랜지스터의 컬렉터 회로 사이에서 발생하는 전류 "미러링"은 정확히 동일한 속성을 가진 두 트랜지스터의 베이스-이미터 접합에 따라 달라집니다.

"다이오드 방정식"에서 설명하는 것처럼 PN 접합의 전압/전류 관계는 접합 온도에 크게 의존합니다. . PN 접합이 더 뜨거울수록 주어진 양의 전압 강하에 대해 더 많은 전류가 흐르게 됩니다.

한 트랜지스터가 다른 트랜지스터보다 뜨거워지면 다른 트랜지스터보다 더 많은 컬렉터 전류가 흐르고 회로는 더 이상 예상대로 전류를 "거울"하지 않습니다. 개별 트랜지스터를 사용하여 실제 전류 미러 회로를 구축할 때 두 트랜지스터는 거의 동일한 온도를 유지하도록 함께 에폭시로 접착되어야 합니다(백투백).

동일한 온도에 대한 이러한 의존성을 설명하기 위해 손가락 사이에 트랜지스터 하나를 잡고 가열해 보십시오. 트랜지스터의 온도가 증가함에 따라 부하 저항을 통과하는 전류는 어떻게 됩니까?

이제 트랜지스터에서 손을 떼고 불어서 주변 온도로 냉각합니다. 다른을 잡아라 손가락 사이에 트랜지스터를 넣어 가열하세요.

부하 전류는 지금 무엇을 합니까? 이 실험의 다음 단계에서는 의도적으로 트랜지스터 중 하나가 과열되도록 하고 그 효과를 기록할 것입니다.

트랜지스터 손상을 방지하기 위해 이 절차는 부하 전류가 "뛰어나기" 시작하는 것을 관찰하는 데 필요한 것보다 더 이상 수행하지 않아야 합니다. 시작하려면 최소 전류에 대한 전위차계를 조정하십시오.

다음으로 10kΩ R_한계를 교체합니다. 1.5kΩ 저항이 있는 저항. 이렇게 하면 더 높은 전류가 Q₁를 통과할 수 있습니다. , 그리고 결과적으로 Q₂를 통해 뿐만 아니라.

전류계의 검은색 프로브를 TP1에 놓고 현재 표시를 관찰합니다. 전류계를 통해 약 10mA를 읽을 때까지 전위차계를 전류가 증가하는 방향으로 이동합니다.

그 시점에서 전위차계의 움직임을 멈추고 전류를 관찰하십시오. 전위차계를 더 이상 움직이지 않고도 전류가 저절로 증가하기 시작하는 것을 알 수 있을 것입니다!

전류가 30mA를 초과할 때 TP1에서 미터 프로브를 제거하여 회로를 차단하여 트랜지스터 Q₂의 손상을 방지합니다. . 두 트랜지스터를 손가락으로 조심스럽게 터치하면 Q₂가 보입니다. 따뜻하지만 Q₁ 멋지네요.

경고: Q₂인 경우 의 전류가 너무 멀리 또는 너무 오랫동안 "도망"하도록 허용된 경우 매우 뜨거워질 수 있습니다. ! 과열된 반도체 부품을 만지면 손끝에 심한 화상을 입을 수 있으니 주의하세요!

Q₂를 만든 이유 과열되고 전류 제어를 잃습니까? 전류계를 TP1에 연결하면 모든 부하 저항이 제거되므로 Q₂ 전류를 조절함에 따라 컬렉터와 에미터 사이의 전체 배터리 전압을 떨어뜨려야 했습니다.

트랜지스터 Q₁ 적어도 R_limit의 1.5kΩ 저항이 있어야 합니다. 대부분의 배터리 전압을 떨어뜨리기 때문에 전력 손실이 Q₂보다 훨씬 적습니다. . 이러한 전력 손실의 불균형으로 인해 Q₂가 발생했습니다. Q₁ 이상 가열 .

온도가 증가함에 따라 Q₂ 동일한 양의 베이스 이미 터 전압 강하에 대해 더 많은 전류가 흐르기 시작했습니다. 이로 인해 컬렉터와 에미터 사이에 전체 12볼트를 계속 떨어뜨리면서도 더 많은 컬렉터 전류를 흐르게 하기 때문에 더 빨리 가열되었습니다.

효과는 열 폭주로 알려져 있습니다. , 그리고 그것은 전류 미러뿐만 아니라 많은 바이폴라 접합 트랜지스터 회로에서 가능합니다.

컴퓨터 시뮬레이션

SPICE 노드 번호가 있는 도식:

Netlist(다음 텍스트를 포함하는 텍스트 파일 만들기, 그대로):

현재 미러 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 12mprint 12 iva ) .끝 

V_전류계 부하 전류를 차단하기 위해 전략적으로 배치된 0볼트 DC 배터리에 불과합니다. SPICE 언어에는 전용 "전류계" 구성 요소가 없기 때문에 이것은 SPICE 시뮬레이션에서 전류를 측정하기 위한 속임수일 뿐입니다.

SPICE는 구성 요소 이름의 처음 8자만 인식한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. "vammeter"라는 이름은 괜찮지만 회로에 둘 이상의 전류 측정 전압 소스를 통합하고 각각 "vammeter1" 및 "vammeter2"로 이름을 지정하면 SPICE는 이들을 동일한 구성 요소의 두 인스턴스로 간주합니다. "vammeter"(처음 8자만 표시) 및 오류와 함께 중지됩니다.

넷리스트를 변경하거나 자신의 SPICE 시뮬레이션을 프로그래밍할 때 염두에 두어야 할 사항! R_load의 다양한 저항 값을 실험해야 합니다. 이 시뮬레이션에서 회로의 전류 조절 특성을 이해합니다.

R_한계 포함 10kΩ 및 12V의 전원 공급 장치 전압으로 설정, R_load를 통한 조정된 전류 1.1mA가 됩니다. SPICE는 규정이 완벽함을 보여줍니다(컴퓨터 시뮬레이션의 가상 세계가 너무 멋지지 않습니까?), 부하 전류는 와이드에 대해 1.1mA로 남아 있습니다. 부하 저항 범위. 그러나 부하 저항이 10kΩ 이상으로 증가하면 이 시뮬레이션에서도 실제와 같이 부하 전류가 감소하는 것으로 나타납니다.

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