Construa um Circuito Espelho de Corrente Confiável: Guia Passo a Passo

Peças e Materiais

• Dois transistores NPN (2N2222 ou 2N3403 recomendados; Radio Shack #276-1617 oferece pacote de 15 peças)
• Duas baterias de 6 V
• Potenciômetro linear de 10 kΩ (Radio Shack #271-1715)
• Dois resistores de 10 kΩ
• Quatro resistores de 1,5 kΩ

Usar transistores de sinal pequeno permite observar o sutil efeito de "runaway térmico" em baixas correntes. Qualquer par de NPNs idênticos funcionará, mas verifique o datasheet para consistência de pinout — pacotes mal rotulados podem enganar.

Verifique atribuições de pinos com modo de teste de diodo do multímetro; capítulo 4 da série Semiconductor Volume III cobre isso em detalhes.

Objetivos de Aprendizado

• Construir circuito espelho de corrente
• Entender seus limites de regulação de corrente
• Explorar dependência de temperatura de BJTs
• Experimentar runaway térmico controlado

Diagrama Esquemático

Ilustração

Instruções

Um espelho de corrente funciona como regulador de corrente simples e ajustável. A corrente é definida por uma única resistência, tornando-o solução amplamente usada e de baixo custo.

Construa o circuito exatamente como mostrado. Você precisará de um resistor extra de 1,5 kΩ para a fase final do experimento.

O potenciômetro controla a corrente de coletor de Q₁, que se comporta como um diodo. Casar as junções base-emissor de Q₁ e Q₂ garante que a mesma tensão acione ambos os transistores, então suas correntes de coletor se espelham.

Como as correntes de base são iguais e os transistores são casados, Q₂ ajusta automaticamente sua tensão coletor-emissor para manter a mesma corrente de coletor, independentemente da resistência de carga.

Para testar isso, a carga em Q₂ é conectada a um amperímetro. Cinco pontos de teste (TP1–TP5) permitem mudar a resistência de carga de quase zero a ~14,5 kΩ rapidamente.

Comece colocando a ponta preta do amperímetro em TP4 e varra o potenciômetro. Registre a corrente. Mova a ponta para TP3, TP2 e TP1, notando como a corrente permanece estável. Repita com o potenciômetro ajustado para corrente diferente. A corrente deve permanecer quase constante até a resistência de carga se aproximar de TP5, onde a corrente cai porque Q₂ não consegue mais suprir a mesma corrente naquela alta resistência.

Estes resultados ilustram os limites práticos do regulador. O dispositivo só pode fornecer corrente fixa até certa resistência de carga; além disso, ele satura.

Temperatura é crítica. Se um transistor superaquece, sua tensão base-emissor muda, quebrando o espelho. Mantenha os dois transistores na mesma temperatura — colá-los dorso a dorso é prática comum.

Para observar o efeito, aqueça um transistor com a mão; a corrente de carga aumentará. Resfrie-o e aqueça o outro transistor; a corrente mudará conforme. Finalmente, permita que um transistor superaqueça ajustando o potenciômetro para ~10 mA, então aumentando para 30 mA. Observe o aumento de corrente sem ajustar o potenciômetro — isso é runaway térmico.

Simulação Computacional

Use SPICE para modelar o circuito. Insira o seguinte netlist em arquivo de texto:

Espelho de corrente 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_ammeter é fonte de tensão zero que mede corrente de carga. Ajuste R_load para ver desempenho do regulador; com R_limit em 10 kΩ e fonte 12 V, a corrente simulada é 1,1 mA ampla faixa de resistência.

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