JFET定電流レギュレータ：安定した定電流源の構築とテスト

部品と材料

• Nチャネル接合型FET（JFET）1個、例：2N3819またはJ309（Radio Shack #276-2035）
• 6V電池 2個
• 10kΩシングルターン直線テーパーポテンショメータ（Radio Shack #271-1715）
• 1kΩ抵抗 1本
• 10kΩ抵抗 1本
• 1.5kΩ抵抗 3本

重要——NチャネルJFETを使用し、Pチャネルデバイスは不可。見た目が同じパッケージでもピン配置が異なる場合があるため、配線前に必ずデータシートで確認してください。

メーカーがピン図を誤記することがあるため、マルチメータのダイオードチェック機能で各ピンを再確認。JFET端子特定の詳細ガイドは、『Semiconductor Volume III』シリーズ第5章を参照。

参考文献

• 『Lessons In Electric Circuits』第3巻 第5章：「Junction Field‑Effect Transistors（接合型電界効果トランジスタ）」
• 『Lessons In Electric Circuits』第3巻 第3章：「Diodes and Rectifiers（ダイオードと整流器）」

学習目標

• JFETを精密電流レギュレータとして使用する
• JFETの優れた熱的安定性を理解する

回路図

イラスト

手順

前章で、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）カレントミラーを紹介しました。これは2個のトランジスタで等しい電流を強制します。JFET定電流レギュレータは、そのペアを単一JFETで置き換え、回路をシンプルにしながら同等の性能を提供します。

直列抵抗R_adjustとR_limitが所望電流を設定し、負荷抵抗とテストポイント（TP1〜TP4）が、負荷変化に関わらず電流が一定であることを実演。実験開始時、テストプローブをTP4に置きポテンショメータをスイープ。

数mA範囲の控えめな調整可能電流を観察。都合の良いmA値を選び、プローブをTP3、TP2、TP1と移動；メータはほぼ同一値を示し、定電流動作を確認。

レギュレータを挑戦させるため、ポテンショメータを別の電流に調整し、TP1〜TP4で再測定。電流は全ポイントで安定。TP5は10kΩ抵抗の後ろにあり、総負荷が14.5kΩに上昇——この抵抗がJFETを飽和させ、電流が急激に低下。これはレギュレータの電圧降下限界を示します。

調整点をより低い電流に設定すると、JFETは遥かに広い負荷範囲でレギュレーション維持可能。トランジスタを手で加熱し、ファンで冷却してみてください；測定電流は不変で、JFETの温度変動への免疫とサーマルランナウェイ耐性を示します。

単一トランジスタのみ使用のため、精密マッチング不要で、BJTミラーを悩ます温度ドリフトに本質的に免疫です。

この構成の別用途は「定電流ダイオード」。ゲート-ソース間に固定抵抗を持つJFETと、逆バイアスをブロックする直列PN接合ダイオードで保護された構成です。古典的実装の図を以下に示します。

コンピュータシミュレーション

ノード番号付きSPICE回路図：

ネットリスト（以下をテキストファイルにコピーしSPICEで実行）：

 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 

SPICEは抵抗値スイープをサポートしないため、例では電源電圧を6Vから12Vまで0.1Vステップで変化。R_limit 1kΩで、シミュレート電流は291.8µA——実回路ではデバイスパラメータ変動でわずかに異なります。多くのメーカーがSPICEモデルを提供しており、.model行に挿入すればより精密なシミュレーションが可能です。

関連ワークシート

• Junction Field‑Effect Transistors (JFET) Worksheet