विडलर विद्युत धारा स्रोत

विडलर से आरेख %2526u%3D%25252Fnetahtml%25252FPTO%25252Fsearch-bool.html%2526r%3D16%2526f%3DG%2526l%3D50%2526co1%3DAND%2526d%3DPALL%2526s1%3DWidlar.INNM.%2526OS%3DIN %2Fविडलर%2526RS% 3DIN%2FWidlar&PageNum=&Rtype=&SectionNum=&idkey=NONE&Input=देखें+प्रथम+पृष्ठ मूल पेटेंट

विडलर वर्तमान स्रोत मूल दो-अवरोध वर्तमान दर्पण का संशोधन है जो केवल उत्पादन अर्धचालक के लिए उत्सर्जक अध:पतन रोकनेवाला को सम्मिलित करता है, जो वर्तमान स्रोत को केवल मध्यम प्रतिरोधक मानों का उपयोग करके कम धाराओं को उत्पन्न करने में सक्षम बनाता है।

विडलर परिपथ का उपयोग द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर, एमओएसएफईटी और यहां तक ​​कि शून्यक-नलिका के साथ भी किया जा सकता है। उदाहरण अनुप्रयोग 741-प्रकार के ऑप एम्प का परिचालन प्रवर्धक#आंतरिक परिपथ है, और विडलर ने परिपथ को कई बनावट में हिस्से के रूप में इस्तेमाल किया जाता है।

इस परिपथ का नाम इसके आविष्कारक बॉब विडलर के नाम पर रखा गया है और 1967 में इसका एकस्व अधिकार-पत्र कराया गया था।

डीसी विश्लेषण

चित्र 1: बाइपोलर ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हुए विडलर करंट स्रोत का एक संस्करण।

चित्रा 1 द्विध्रुवी अर्धचालक का उपयोग करते हुए विडलर वर्तमान स्रोत का उदाहरण है, जहां उत्सर्जक रोकनेवाला आर₂ आउटपुट अर्धचालक क्यू से जुड़ा है₂, और क्यू में वर्तमान को कम करने का प्रभाव है₂ क्यू के सापेक्ष₁. इस परिपथ की कुंजी यह है कि प्रतिरोधक आर के पार वोल्टेज गिरता है₂ अर्धचालक क्यू के आधारित उत्सर्जन वोल्टेज से घटाता है₂, जिससे इस अर्धचालक को अर्धचालक क्यू की तुलना में समाप्त कर दिया जाता है₁. यह अवलोकन चित्र 1 में परिपथ के दोनों ओर पाए जाने वाले आधार वोल्टेज अभिव्यक्ति की बराबरी करके व्यक्त किया गया है:

${\begin{aligned}&V_{B}=V_{BE1}=V_{BE2}+(\beta _{2}+1)I_{B2}R_{2}\\\Rightarrow {}&{\frac {1}{R_{2}}}\left(V_{BE1}-V_{BE2}\right)=(\beta _{2}+1)I_{B2}\ ,\end{aligned}}$

जहां बी₂ उत्पादन अर्धचालक का बीटा-मान है, जो इनपुट अर्धचालक के समान नहीं है, आंशिक रूप से क्योंकि दो अर्धचालक में धाराएं बहुत भिन्न हैं। चर I_B2 उत्पादन अर्धचालक, V का आधार वर्तमान है_BE आधारित उत्सर्जन वोल्टेज को संदर्भित करता है। इस समीकरण का अर्थ है (शॉकली द्विधुवी समीकरण का उपयोग करके):

सम। 1

${\begin{aligned}(\beta _{2}+1)I_{B2}&=\left(1+{\frac {1}{\beta _{2}}}\right)I_{C2}={\frac {1}{R_{2}}}\left(V_{BE1}-V_{BE2}\right)\\&={\frac {V_{\text{T}}}{R_{2}}}\left[\ln \left(I_{C1}/I_{S1}\right)-\ln \left(I_{C2}/I_{S2}\right)\right]={\frac {V_{\text{T}}}{R_{2}}}\ln \left({\frac {I_{C1}I_{S2}}{I_{C2}I_{S1}}}\right)\ ,\end{aligned}}$

जहां वी_T बोल्ट्जमान स्थिरांक है # सेमीकंडक्टर भौतिकी में भूमिका: थर्मल वोल्टेज है।

यह समीकरण सन्निकटन करता है कि धाराएँ स्केल धाराओं, I की तुलना में बहुत बड़ी हैं_S1 और मैं_S2; द्विध्रुवी रेलमार्गसंयोग अर्धचालक # संचालन के क्षेत्रों के निकट वर्तमान स्तरों को छोड़कर सन्निकटन मान्य है। निम्नलिखित में, स्केल धाराओं को समान माना जाता है; व्यवहार में, इसे विशेष रूप से व्यवस्थित करने की आवश्यकता है।

निर्दिष्ट धाराओं के साथ डिजाइन प्रक्रिया

दर्पण को बनाने करने के लिए, उत्पादन वर्तमान को दो प्रतिरोधक मान आर से संबंधित होना चाहिए₁ और आर₂. बुनियादी अवलोकन यह है कि उत्पादक अर्धचालक बाइपोलर रेलमार्गसंयोग अर्धचालक # संचालन के क्षेत्रों में केवल तभी तक होता है जब तक इसका संग्रहकर्ता आधारित वोल्टेज गैर-शून्य होता है। इस प्रकार, दर्पण के बनाने के लिए सबसे सरल पूर्वाग्रह स्थिति लागू वोल्टेज वी संग्रह करती है_A बेस वोल्टेज वी के बराबर करने के लिए_B. वी का यह न्यूनतम उपयोगी मूल्य_A वर्तमान दर्पण # वर्तमान स्रोत का अनुपालन वोल्टेज कहा जाता है। उस पूर्वाग्रह की स्थिति के साथ, प्रारंभिक प्रभाव बनावट में कोई भूमिका नहीं निभाता है।

ये विचार निम्नलिखित डिजाइन प्रक्रिया का सुझाव देते हैं:

• वांछित उत्पादन परिपथ का चयन करें, I_O = मैं_C2.
• संदर्भ वर्तमान का चयन करें, I_R1, उत्पादन परिपथ से बड़ा माना जाता है, शायद काफी बड़ा (यही परिपथ का उद्देश्य है)।
• क्यू के उत्पादक सामग्री संग्रहकर्ता वर्तमान का निर्धारण करें₁, मैं_C1:

$I_{C1}={\frac {\beta _{1}}{\beta _{1}+1}}\left(I_{R1}-{\frac {I_{C2}}{\beta _{2}}}\right)\ .$

• आधार वोल्टेज वी निर्धारित करें_BE1 द्विधुर्वी प्रतिमान#शॉकली द्विधुवी प्रतिमान का उपयोग करना था |

$V_{BE1}=V_{\text{T}}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{S}}}\right)=V_{A}\ .$

जहां मैं_S उपकरण पैरामीटर है जिसे कभी-कभी स्केल वाहक कहा जाता है।

आधारित वोल्टेज का मान भी अनुपालन वोल्टेज वी संग्रह करता है_A = वी_BE1. यह वोल्टेज सबसे कम वोल्टेज है जिसके लिए दर्पण ठीक से काम करता है।

• आर निर्धारित करें₁:

$R_{1}={\frac {V_{CC}-V_{A}}{I_{R1}}}\ .$

• {{anchor|R2}उत्सर्जक लेग प्रतिरोध आर ज्ञात कीजिए₂ #इक्यू1|इक्यू का उपयोग करना था। 1 (अव्यवस्था को कम करने के लिए, पैमाने की धाराओं को बराबर चुना जाता है):

$R_{2}={\frac {V_{\text{T}}}{\left(1+{\frac {1}{\beta _{2}}}\right)I_{C2}}}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{C2}}}\right)\ .$

दिए गए प्रतिरोधक मानों के साथ करंट का पता लगाना

बनावट की समस्या का व्युत्क्रम वर्तमान का पता लगाना है जब प्रतिरोधक मान ज्ञात होते हैं। आगे पुनरावृत्त विधि का वर्णन किया गया है। मान लें कि वर्तमान स्रोत पक्षपाती है इसलिए उत्पादक अर्धचालक क्यू का संग्रहकर्ता-आधारित वोल्टेज₂ शून्य है। आर के माध्यम से वर्तमान₁ इनपुट या संदर्भ वर्तमान के रूप में दिया गया है,

${\begin{aligned}I_{R1}&=I_{C1}+I_{B1}+I_{B2}\\&=I_{C1}+{\frac {I_{C1}}{\beta _{1}}}+{\frac {I_{C2}}{\beta _{2}}}\\&={\frac {1}{R_{1}}}\left(V_{CC}-V_{BE1}\right)\end{aligned}}$

पुनर्व्यवस्थित, आई_C1 के रूप में पाया जाता है:

सम। 2

$I_{C1}={\frac {\beta _{1}}{\beta _{1}+1}}\left({\frac {V_{CC}-V_{BE1}}{R_{1}}}-{\frac {I_{C2}}{\beta _{2}}}\right)$

द्विधुवी समीकरण प्रदान करता है:

{{anchor|Eq3}समीकरण। 3

$V_{BE1}=V_{\text{T}}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{S1}}}\right)\ .$

1. Eq1|Eq.1 प्रदान करता है:

$I_{C2}={\frac {V_{\text{T}}}{\left(1+{\frac {1}{\beta _{2}}}\right)R_{2}}}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{C2}}}\right)\ .$

ये तीन संबंध धाराओं के लिए एक गैर-रैखिक, निहित निर्धारण हैं जिन्हें पुनरावृति द्वारा हल किया जा सकता है।

• हम I के लिए प्रराम्भित मानों का अनुमान लगाते हैं_C1 और मैं_C2.
• हम वी के लिए एक मान पाते हैं_BE1:

  $V_{BE1}=V_{\text{T}}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{S1}}}\right)\ .$

• हम I के लिए एक नया मान पाते हैं_C1:

  $I_{C1}={\frac {\beta _{1}}{\beta _{1}+1}}\left({\frac {V_{CC}-V_{BE1}}{R_{1}}}-{\frac {I_{C2}}{\beta _{2}}}\right)$

• हम I के लिए एक नया मान पाते हैं_C2:

  $I_{C2}={\frac {V_{\text{T}}}{\left(1+{\frac {1}{\beta _{2}}}\right)R_{2}}}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{C2}}}\right)\ .$

यह प्रक्रिया अभिसरण के लिए दोहराई जाती है, और एक स्प्रेडशीट में आसानी से स्थापित की जाती है। लघु क्रम में समाधान प्राप्त करने के लिए प्रारंभिक मानों को धारण करने वाली स्प्रेडशीट कोशिकाओं में नए मानों को कॉपी करने के लिए बस मैक्रो का उपयोग करता है।

ध्यान दें कि दिखाए गए परिपथ के साथ, यदि वी_CC परिवर्तन,उत्पादन वाहक बदल जाता था। इसलिए, वी में उतार-चढ़ाव के बावजूद उत्पादन वाहक को स्थिर रखने के लिए_CC, प्रतिरोध आर का उपयोग करने के बजाय परिपथ को वर्तमान स्रोत द्वारा संचालित किया जाना चाहिए था₁.

सटीक समाधान

उपर्युक्त अतीन्द्रिय समीकरणों को ठीक लैम्बर्ट डब्ल्यू फलन के संदर्भ में हल किया जा सकता है।

आउटपुट प्रतिबाधा

चित्रा 2: चित्रा 1 में दिखाए गए विडलर स्रोत के आउटपुट प्रतिरोध को खोजने के लिए लघु-संकेत सर्किट। एक परीक्षण वर्तमान I_x आउटपुट पर लगाया जाता है, और आउटपुट प्रतिरोध तब R होता है_O = वी_x / मैं_x.

वर्तमान स्रोत की महत्वपूर्ण संपत्ति इसका छोटा संकेत वृद्धिशील उत्पादक प्रतिबाधा है, जो आदर्श रूप से अनंत होना चाहिए। विडलर परिपथ              ट्रांके लिस्थानीजिस्टर ए य वर्तमान प्रतिपुस्टि पेश करता है $\scriptstyle Q_{2}$. क्यू में वर्तमान में कोई वृद्धि₂ आर भर में वोल्टेज ड्रॉप बढ़ाता है₂, वी को कम करना_BE क्यू के लिए₂, जिससे वर्तमान में वृद्धि का मुकाबला होता है |

परिपथ के लिए एक छोटे-संकेत प्रतिमान का उपयोग करके उत्पादक प्रतिरोध पाया जार क्यू₁ इसके छोटे-संकेत उत्सर्जक प्रतिरोध आर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है_E क्योंकि यह द्विधुवी जुड़ा हुआ है। अर्धचालक Qकिया जा सकता है। इस प्रतिक्रिया का मतलब है कि परिपथ का उत्पादक प्रतिबाधा बढ़ गया है, क्योंकि प्रतिक्रिया में आर सम्मिलित है₂ किसी दिए गए वर्तमान को चलाने के लिए एक बड़े वोल्टेज का उपयोग करने के लिए मजबूर करता है।ता है, चित्र 2 में दिखाया गया है। अर्धचालक इसके हाइब्रिड-पाई प्रतिमान के साथ बदल दिया गया है। एक परीक्षण वर्तमान है I_x उत्पादक पर संलग्न है।

आकृति का उपयोग करते हुए, किरचॉफ के नियमों का उपयोग करके उत्पादक प्रतिरोध निर्धारित किया जाता है। किरचॉफ के वोल्टेज कानून का उपयोग जमीन से बाईं ओर आर के जमीन कनेक्शन के लिए₂:

$I_{b}\left[(R_{1}\parallel r_{E})+r_{\pi }\right]+[I_{x}+I_{b}]R_{2}=0\ .$

पुनर्व्यवस्थित:

$I_{b}=-I_{x}{\frac {R_{2}}{(R_{1}\parallel r_{E})+r_{\pi }+R_{2}}}\ .$

आर के मूल सम्पर्क से किरचॉफ के वोल्टेज कानून का उपयोग करना₂ परीक्षण वर्तमान के आधार पर:

$V_{x}=I_{x}(R_{2}+r_{O})+I_{b}(R_{2}-\beta r_{O})\ ,$

या, I के लिए प्रतिस्थापन_b:

{{anchor|Eq4}समीकरण। 4

$R_{O}={\frac {V_{x}}{I_{x}}}=r_{O}\left[1+{\frac {\beta R_{2}}{(R_{1}\parallel r_{E})+r_{\pi }+R_{2}}}\right]$  $+\ R_{2}\left[{\frac {(R_{1}\parallel r_{E})+r_{\pi }}{(R_{1}\parallel r_{E})+r_{\pi }+R_{2}}}\right]\ .$

1. इक्यू4|इक्यू के अनुसार। 4, विडलर वर्तमान स्रोत का उत्पादक रोकनेवाला उत्पादक अर्धचालक के ही ऊपर बढ़ जाता है (जो कि r है_O) जब तक आर₂ r की तुलना में काफी बड़ा है_π उत्पादक अर्धचालक (बड़े प्रतिरोध आर₂ कारक गुणा आर बनाओ_O मूल्य (β + 1) तक पहुंचें)। उत्पादक अर्धचालक में कम वर्तमान होता है, जिससे r बनता है_π बड़ा, और आर में वृद्धि₂ इस धारा को और कम करता है, जिससे r में सहसंबद्ध वृद्धि होती है_π. इसलिए, आर का एक लक्ष्य₂ ≫ आर_π अवास्तविक हो सकता है, और आगे की चर्चा प्रदान की जाती है # उत्पादक प्रतिरोध की वर्तमान निर्भरता। प्रतिरोध आर₁∥r_E सामान्यतौर पर छोटा होता है क्योंकि उत्सर्जक प्रतिरोध आर_E सामान्यतौर पर केवल कुछ ओम होते हैं।

आउटपुट प्रतिरोध की वर्तमान निर्भरता

इक्यू के डिज़ाइन सूत्र का उपयोग करके। आर के लिए 5₂ ;

केंद्र पैनल: प्रतिरोध आर_O2 आउटपुट ट्रांजिस्टर एमिटर लेग में; {{paragraph break}निचला पैनल: आउटपुट प्रतिरोध में योगदान देने वाला प्रतिपुष्टि कारक होता है। संदर्भ ट्रांजिस्टर क्यू में वर्तमान₁ स्थिर रखा जाता है, जिससे अनुपालन वोल्टेज तय होता है। भूखंड I मानते हैं_C1 = 10 एमए, वी_A = 50 वी, वी_CC = 5 बी, आई_S = 10 एफए, β_{1, 2} = 100 धारा से स्वतंत्र।

प्रतिरोधों की वर्तमान निर्भरता आर_π और आर_O लेख हाइब्रिड-पीआई प्रतिरूप में चर्चा की गई है। प्रतिरोधक मानों की वर्तमान निर्भरता है:

$r_{\pi }={\frac {v_{be}}{i_{b}}}{\Bigg |}_{v_{ce}=0}={\frac {V_{\text{T}}}{I_{\text{B2}}}}=\beta _{2}{\frac {V_{\text{T}}}{I_{\text{C2}}}}\ ,$

और

$r_{O}={\frac {v_{ce}}{i_{c}}}{\Bigg |}_{v_{be}=0}={\frac {V_{A}}{I_{C2}}}$

प्रारंभिक प्रभाव के कारण उत्पादक प्रतिरोध है जब V_CB = 0 वी (डिवाइस पैरामीटर वी_A प्रारंभिक वोल्टेज है)।

इस लेख में #R2 से (सुविधा के लिए स्केल धाराओं को बराबर सेट करना):

{{anchor|Eq5}समीकरण। 5

$R_{2}={\frac {V_{\text{T}}}{\left(1+{\frac {1}{\beta _{2}}}\right)I_{C2}}}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{C2}}}\right)\ .$

नतीजतन, छोटे आर के सामान्य मामले के लिए_E, और R में दूसरे कार्यकाल की उपेक्षा करना_O इस अपेक्षा के साथ कि अग्रणी शब्द जिसमें r सम्मिलित है_O बहुत बड़ा है:

{{Anchor|Eq6}समीकरण। 6

${\begin{aligned}R_{O}&\approx r_{O}\left(1+{\frac {\beta _{2}R_{2}}{r_{\pi }+R_{2}}}\right)\\&=r_{O}\left(1+{\frac {\beta _{2}\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{C2}}}\right)}{\beta _{2}+1+\ln \left({\frac {I_{C1}}{I_{C2}}}\right)}}\right)\end{aligned}}$

जहाँ #इक्यू5|इक्यू को प्रतिस्थापित करके अंतिम रूप प्राप्त होता है। आर के लिए 5₂. #इक्यू6|इक्यू6 से पता चलता है कि उत्पादक प्रतिरोध का मान r से बहुत बड़ा है_O केवल I बनावट के लिए उत्पादक अर्धचालक परिणाम_C1 >> मैं_C2. चित्रा 3 दिखाता है कि परिपथ उत्पादक प्रतिरोध आर_O प्रतिपुष्टि द्वारा इतना अधिक निर्धारित नहीं किया जाता है जितना कि प्रतिरोध r की वर्तमान निर्भरता द्वारा_O उत्पादक अर्धचालक का (चित्र 3 में उत्पादक प्रतिरोध परिमाण के चार क्रमों में भिन्न होता है, चूँकि प्रतिक्रिया कारक केवल परिमाण के क्रम से भिन्न होता है)।

आई की वृद्धि_C1 प्रतिक्रिया कारक को बढ़ाने के लिए भी अनुपालन वोल्टेज में वृद्धि हुई है, अच्छी बात नहीं है क्योंकि इसका मतलब है कि वर्तमान स्रोत अत्यधिक प्रतिबंधित वोल्टेज श्रेणी पर काम करता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, अनुपालन वोल्टेज समुच्चय के लक्ष्य के साथ, I पर ऊपरी सीमा रखकर_C1,और उत्पादक प्रतिरोध को पूरा करने के लक्ष्य के साथ, उत्पादक वर्तमान का अधिकतम मान_C2 सीमित है।

चित्र 3 में केंद्र भाग उत्सर्जक लेग प्रतिरोधक और उत्पादक वर्तमान के बीच बनावट ट्रेड-ऑफ दिखाता है: कम उत्पादक वर्तमान के लिए बड़े लेग रोकनेवाला की आवश्यकता होती है, और इसलिए बनावट के लिए एक बड़ा क्षेत्र था| क्षेत्र पर ऊपरी सीमा इसलिए उत्पादक वर्तमान पर एक निचली सीमा और परिपथ उत्पादक प्रतिरोध पर एक ऊपरी सीमा निर्धारित करती है।

1. इक्यू6|इक्यू. आर के लिए 6_O R के मान के चयन पर निर्भर करता है₂ #इक्यू5|इक्यू के अनुसार। 5. इसका मतलब #इक्यू6|इक्यू. 6 एक परिपथ व्यवहार सूत्र नहीं है, बल्कि बनावट मान समीकरण है। आर₂ #इक्यू5|इक्यू का उपयोग करके किसी विशेष डिज़ाइन उद्देश्य के लिए चयन किया जाता है। 5, उसके बाद इसका मूल्य तय हो गया है। यदि परिपथ संचालन के कारण वर्तमान, वोल्टेज या तापमान डिज़ाइन किए गए मानों से विचलित हो जाते हैं; फिर आर में परिवर्तन की भविष्यवाणी करने के लिए_O ऐसे विचलन के कारण, #इक्यू4|इक्यू. 4 का उपयोग किया जाना चाहिए, #इक्यू6|इक्यू का नहीं था |.

यह भी देखें

• वर्तमान स्रोत
• वर्तमान दर्पण
• विल्सन वर्तमान स्रोत

अग्रिम पठन

• Linden T. Harrison (2005). Current Sources and Voltage References: A Design Reference for Electronics Engineers. Elsevier-Newnes. ISBN 0-7506-7752-X.
• Sundaram Natarajan (2005). Microelectronics: Analysis and Design. Tata McGraw-Hill. p. 319. ISBN 0-07-059096-6.
• Current mirrors and active loads: Mu-Huo Cheng