신뢰성 있는 전류 미러 회로 제작: 단계별 가이드

부품 및 재료

• NPN 트랜지스터 2개 (2N2222 또는 2N3403 권장; Radio Shack #276-1617 15개 팩)
• 6V 배터리 2개
• 10kΩ 선형 전위차계 (Radio Shack #271-1715)
• 10kΩ 저항 2개
• 1.5kΩ 저항 4개

소신호 트랜지스터를 써서 저전류에서 미묘한 "열 폭주" 효과를 관찰하세요. 동일 NPN 쌍이면 뭐든 작동하지만, 데이터시트로 핀아웃 일관성 확인 필수—잘못 라벨된 패키지가 오도할 수 있습니다.

멀티미터 다이오드 체크 모드로 핀 할당 검증하세요. Semiconductor Volume III 시리즈 4장에서 자세히 다룹니다.

학습 목표

• 전류 미러 회로 구성
• 전류 조절 한계 이해
• BJT 온도 의존성 탐구
• 제어된 열 폭주 체험

회로도

실물 배선도

실험 방법

전류 미러는 단순 조절 가능 전류 레귤레이터로 기능합니다. 전류가 단일 저항으로 설정돼 널리 쓰이는 저비용 솔루션입니다.

그림대로 정확히 회로를 구성하세요. 실험 마지막 단계에 1.5kΩ 저항 하나가 더 필요합니다.

전위차계가 Q₁ 컬렉터 전류를 제어하며, Q₁은 다이오드처럼 동작합니다. Q₁과 Q₂의 베이스-이미터 접합을 매칭하면 같은 전압이 두 트랜지스터를 구동하므로 컬렉터 전류가 서로 미러링됩니다.

베이스 전류가 같고 트랜지스터가 매칭되므로, Q₂는 부하 저항에 관계없이 같은 컬렉터 전류를 유지하도록 컬렉터-이미터 전압을 자동 조정합니다.

이를 테스트하기 위해 Q₂ 부하를 전류계에 연결합니다. 다섯 테스트 포인트(TP1~TP5)로 부하 저항을 근영에서 ~14.5kΩ까지 빠르게 변경할 수 있습니다.

전류계 흑색 프로브를 TP4에 두고 전위차계를 쓸며 전류를 기록하세요. 프로브를 TP3, TP2, TP1로 옮겨가며 전류가 안정적인지 확인하세요. 그런 다음 전위차계를 다른 전류로 설정하고 반복하세요. TP5에 가까워지면 Q₂가 그 높은 저항에서 같은 전류를 공급 못 해 전류가 떨어집니다.

이 결과는 레귤레이터의 실용적 한계를 보여줍니다. 소자는 일정 전류를 특정 부하 저항까지 공급할 수 있고, 그 이상이면 포화합니다.

온도가 중요합니다. 한 트랜지스터가 과열되면 베이스-이미터 전압이 변해 미러가 깨집니다. 두 트랜지스터를 같은 온도로 유지하세요. 등을 맞대고 접착하는 것이 일반적입니다.

효과를 보려면 한 트랜지스터를 손으로 가열하세요. 부하 전류가 증가합니다. 식히고 다른 트랜지스터를 가열하면 전류가 그에 따라 변합니다. 마지막으로 전위차계를 ~10mA로 두고 30mA로 올려 한 트랜지스터가 과열되게 하세요. 전위차계 조작 없이 전류가 상승하는 것을 관찰하세요 — 이것이 열 폭주입니다.

컴퓨터 시뮬레이션

SPICE로 회로 모델링하세요. 다음 넷리스트를 텍스트 파일에 넣으세요:

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_ammeter는 부하 전류를 측정하는 0전압 소스입니다. R_load를 조정해 레귤레이터 성능을 보세요. R_limit 10kΩ, 12V 공급 시 시뮬레이션 전류는 넓은 저항 범위에서 1.1mA입니다.

관련 워크시트

• Regulated Power Sources Worksheet
• Differential Transistor Amplifiers Worksheet