JFET 전류 레귤레이터: 안정적인 정전류원 제작 및 테스트

부품 및 재료

• N채널 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET) 1개, 예: 2N3819 또는 J309 (Radio Shack #276-2035)
• 6V 배터리 2개
• 10kΩ 단일 회전 선형 테이퍼 전위차계 1개 (Radio Shack #271-1715)
• 1kΩ 저항 1개
• 10kΩ 저항 1개
• 1.5kΩ 저항 3개

중요 — N채널 JFET을 사용하세요, P채널 아님. 외관이 같은 패키지라도 핀아웃이 다를 수 있으니 배선 전 데이터시트 확인 필수.

제조사가 가끔 핀 다이어그램을 잘못 표기하기도 하므로, 멀티미터 다이오드 체크 기능으로 각 핀을 재확인하세요. JFET 단자 식별 상세 가이드는 Semiconductor Volume III 시리즈 5장 참조.

참조 자료

• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 5: "Junction Field-Effect Transistors" (접합 전계 효과 트랜지스터)
• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 3: "Diodes and Rectifiers" (다이오드와 정류기)

학습 목표

• JFET을 정밀 전류 레귤레이터로 사용
• JFET의 탁월한 열 안정성 이해

회로도

실물 배선도

실험 방법

앞 장에서 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 전류 미러를 소개했습니다. 두 트랜지스터로 전류를 동일하게 강제하는 방식이죠. JFET 전류 레귤레이터는 그 쌍을 단일 JFET로 대체해 동일한 성능을 내면서 회로를 단순화합니다.

직렬 저항 R_adjust와 R_limit이 원하는 전류를 설정하고, 부하 저항과 테스트 포인트(TP1~TP4)가 부하 변화와 무관하게 전류가 일정함을 보여줍니다. 테스트 프로브를 TP4에 두고 전위차계를 쓸며 실험을 시작하세요.

몇 밀리암페어 범위의 적당히 조절 가능한 전류를 관찰할 수 있습니다. 편한 밀리암페어 값을 골라 프로브를 TP3, TP2, TP1로 옮기세요. 미터가 매번 거의 같은 값을 가리키면 정전류 동작이 확인된 것입니다.

레귤레이터에 도전하려면 전위차계를 다른 전류로 조정하고 TP1~TP4에서 측정을 반복하세요. 전류는 네 포인트 모두에서 안정적이어야 합니다. TP5는 10kΩ 저항 뒤에 있어 총 부하가 14.5kΩ로 올라가며, 이는 JFET를 포화시켜 전류가 급격히 떨어지게 합니다. 이는 레귤레이터의 전압 강하 한계를 보여줍니다.

조절점을 더 낮은 전류로 설정하면 JFET가 훨씬 넓은 부하 범위에서 정류를 유지할 수 있습니다. 트랜지스터를 손으로 가열하고 선풍기로 식혀보세요. 측정된 전류는 변하지 않아 JFET의 온도 변화 면역성과 열 폭주 저항성을 보여줍니다.

트랜지스터가 하나만 쓰이므로 정밀 매칭이 필요 없고, BJT 미러를 괴롭히는 온도 드리프트에 본질적으로 면역입니다.

이 구성의 또 다른 응용은 "정전류 다이오드"입니다. 게이트와 소스 사이에 고정 저항을 둔 JFET에, 역바이어스 차단용 직렬 PN 접합 다이오드를 추가한 것입니다. 아래 다이어그램은 고전적 구현입니다.

컴퓨터 시뮬레이션

노드 번호가 표시된 SPICE 회로도:

넷리스트 (다음 내용을 텍스트 파일에 복사해 SPICE로 실행):

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

SPICE는 저항 값 스윕을 지원하지 않으므로, 예제는 소스 전압을 6V에서 12V까지 0.1V 단계로 변화시킵니다. R_limit 1kΩ 설정 시 시뮬레이션 전류는 291.8µA — 소자 파라미터 차이로 실제 회로와 약간 다를 수 있습니다. 많은 제조사가 SPICE 모델을 제공해 .model 줄에 넣으면 더 정확한 시뮬레이션이 가능합니다.

관련 워크시트

• Junction Field-Effect Transistors (JFET) Worksheet