विद्युत धारा स्रोत

चित्रा 1: एक आदर्श वर्तमान स्रोत, मैं, एक प्रतिरोधी, आर चला रहा है, और वोल्टेज वी बना रहा है

धारा स्रोत एक इलेक्ट्रॉनिक परिपथ है जो विद्युत धारा को वितरित या अवशोषित करता है जो कि इसके पार वोल्टेज से स्वतंत्र होता है।

एक वर्तमान स्रोत एक वोल्टेज स्रोत का द्वैत (विद्युत परिपथ) है। 'धारा सिंक' शब्द का प्रयोग कभी-कभी ऋणात्मक वोल्टेज आपूर्ति से प्राप्त स्रोतों के लिए किया जाता है। चित्रा 1 विद्युत भार को चलाने वाले आदर्श वर्तमान स्रोत के लिए योजनाबद्ध प्रतीक दिखाता है। दो प्रकार हैं। एक स्वतंत्र धारा स्रोत (या सिंक) निरंतर धारा देता है। एक आश्रित धारा स्रोत एक धारा प्रदान करता है जो परिपथ में किसी अन्य वोल्टेज या धारा के समानुपाती होता है।

पृष्ठभूमि


वोल्टेज स्रोत	वर्तमान स्रोत

नियंत्रित वोल्टेज स्रोत	नियंत्रित वर्तमान स्रोत

कोशिकाओं की बैटरी (बिजली)	एक कोशिका

Figure 2: Source symbols

एक आदर्श धारा स्रोत धारा उत्पन्न करता है जो इसके पार वोल्टेज परिवर्तन से स्वतंत्र होता है। किन्तु आदर्श वर्तमान स्रोत गणितीय मॉडल है, जिसे वास्तविक उपकरण बहुत समीप से संपर्क कर सकते हैं। यदि किसी आदर्श धारा स्रोत से प्रवाहित धारा को किसी परिपथ में किसी अन्य वेरिएबल से स्वतंत्र रूप से निर्दिष्ट किया जा सकता है, तो इसे स्वतंत्र धारा स्रोत कहा जाता है। इसके विपरीत, यदि आदर्श धारा स्रोत के माध्यम से धारा किसी अन्य वोल्टेज या परिपथ में वर्तमान द्वारा निर्धारित की जाती है, तो इसे आश्रित या नियंत्रित वर्तमान स्रोत कहा जाता है। इन स्रोतों के प्रतीक चित्र 2 में दिखाए गए हैं।

एक आदर्श धारा स्रोत का आंतरिक प्रतिरोध अनंत होता है। एक शून्य धारा वाला स्वतंत्र धारा स्रोत आदर्श ओपन परिपथ (बहुविकल्पी) के समान है। इस प्रकार से आदर्श धारा स्रोत में वोल्टेज पूरी तरह से उस परिपथ से निर्धारित होता है जिससे यह जुड़ा हुआ है। एक शॉर्ट परिपथ से कनेक्ट होने पर, शून्य वोल्टेज होता है और इस प्रकार शून्य विद्युत पॉवर प्रदान की जाती है। जब लोड प्रतिरोध से जुड़ा होता है, तो वर्तमान स्रोत वोल्टेज को इस तरह से प्रबंधित करता है जैसे कि वर्तमान स्थिर रहता है; इसलिए आदर्श वर्तमान स्रोत में स्रोत के पार वोल्टेज अनंत तक पहुंच जाता है क्योंकि लोड प्रतिरोध अनंत (एक ओपन परिपथ) तक पहुंचता है।

कोई भी भौतिक वर्तमान स्रोत आदर्श नहीं है। उदाहरण के लिए, ओपन परिपथ पर प्रयुक्त होने पर कोई भी भौतिक वर्तमान स्रोत संचालित नहीं हो सकता है। इस प्रकार से दो विशेषताएं हैं जो वास्तविक जीवन में वर्तमान स्रोत को परिभाषित करती हैं। इसका आंतरिक प्रतिरोध है और दूसरा इसका अनुपालन वोल्टेज है। अनुपालन वोल्टेज अधिकतम वोल्टेज है जो की वर्तमान स्रोत लोड को आपूर्ति कर सकता है। किसी दिए गए लोड रेंज में, कुछ प्रकार के वास्तविक वर्तमान स्रोतों के लिए लगभग अनंत आंतरिक प्रतिरोध प्रदर्शित करना संभव है। चूंकि, जब वर्तमान स्रोत अपने अनुपालन वोल्टेज तक पहुँच जाता है, तो यह अचानक वर्तमान स्रोत बनना बंद कर देता है।

इस प्रकार से परिपथ विश्लेषण में, परिमित आंतरिक प्रतिरोध वाले वर्तमान स्रोत को उस प्रतिरोध के मान को आदर्श वर्तमान स्रोत (नॉर्टन समकक्ष परिपथ) में रखकर तैयार किया जाता है। चूंकि, यह मॉडल केवल तभी उपयोगी होता है जब वर्तमान स्रोत इसके अनुपालन वोल्टेज के अन्दर कार्य कर रहा हो।

कार्यान्वयन

एक आदर्श वर्तमान स्रोत का अनुमान लगाने वाले वास्तविक घटकों का निर्माण अनेक विधियों से किया जा सकता है।

निष्क्रिय वर्तमान स्रोत

सबसे सरल गैर-आदर्श वर्तमान स्रोत में प्रतिरोधक के साथ श्रृंखला में वोल्टेज स्रोत होता है। ऐसे स्रोत से उपलब्ध धारा की मात्रा, वोल्टेज स्रोत के आर-पार वोल्टेज के अनुपात से प्रतिरोधक के प्रतिरोध (ओम का नियम; $I = V / R$ ) धारा का यह मान केवल शून्य वोल्टेज ड्रॉप के साथ उसके टर्मिनलों (एक शॉर्ट परिपथ, अपरिवर्तित संधारित्र, चार्ज प्रारंभ करनेवाला, वर्चुअल ग्राउंड परिपथ, आदि) के साथ लोड तक पहुंचाया जाएगा। वर्तमान में गैर-शून्य वोल्टेज (ड्रॉप) के साथ लोड किया गया ) इसके टर्मिनलों के पार (एक परिमित प्रतिरोध वाला रैखिक या अरेखीय अवरोधक, आवेशित संधारित्र, अपरिवर्तित प्रारंभ करनेवाला, एक वोल्टेज स्रोत, आदि) प्रायः भिन्न होगा। यह प्रतिरोध के पार वोल्टेज ड्रॉप के अनुपात (रोमांचक वोल्टेज और लोड के पार वोल्टेज के मध्य का अंतर) के अनुपात द्वारा दिया जाता है।

लगभग एक आदर्श धारा स्रोत के लिए, अवरोधक का मान अधिक उच्च होना चाहिए, किन्तु इसका तात्पर्य यह है कि, एक निर्दिष्ट धारा के लिए, वोल्टेज स्रोत अधिक उच्च होना चाहिए (प्रतिरोध और वोल्टेज अनंत तक जाने की सीमा में, वर्तमान स्रोत आदर्श बन जाएगा और धारा लोड के पार वोल्टेज पर बिल्कुल भी निर्भर नहीं होगा)। इस प्रकार, दक्षता कम है (प्रतिरोधक में विद्युत की कमी के कारण) और इस तरह से एक 'उचित' वर्तमान स्रोत का निर्माण करना सामान्यतः अव्यावहारिक है। फिर भी, अधिकांशतः ऐसा होता है कि जब निर्दिष्ट धारा और लोड प्रतिरोध छोटा होता है तो ऐसा परिपथ पर्याप्त प्रदर्शन प्रदान करेगा। इस प्रकार से उदाहरण के लिए, 4.7 kΩ अवरोधक के साथ श्रृंखला में एक 5 V वोल्टेज स्रोत 50 से 450 Ω की सीमा में लोड प्रतिरोध के लिए 1 mA ± 5% की लगभग स्थिर धारा प्रदान करेगा।

वैन डे ग्रैफ जनरेटर ऐसे उच्च वोल्टेज धारा स्रोत का एक उदाहरण है। यह अपने अधिक ही उच्च आउटपुट वोल्टेज के साथ-साथ अपने उच्च आउटपुट प्रतिरोध के कारण लगभग निरंतर चालू स्रोत के रूप में व्यवहार करता है और इसलिए यह प्रयोगशाला संस्करणों के लिए सैकड़ों हजारों वोल्ट (या यहां तक कि दसियों मेगावोल्ट (बहुविकल्पी) तक किसी भी आउटपुट वोल्टेज पर समान कुछ माइक्रोएम्पियर की आपूर्ति करता है।)

ऋणात्मक प्रतिक्रिया के बिना सक्रिय वर्तमान स्रोत

इन परिपथों में ऋणात्मक प्रतिक्रिया के माध्यम से आउटपुट धारा की देख-रेख और नियंत्रण नहीं किया जाता है।

वर्तमान-स्थिर अरेखीय कार्यान्वयन

स्थिर इनपुट मात्रा (वर्तमान या वोल्टेज) द्वारा संचालित होने पर वे सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक घटकों (ट्रांजिस्टर) द्वारा कार्यान्वित किए जाते हैं जिनमें वर्तमान-स्थिर नॉनलाइनियर आउटपुट विशेषता होती है। ये परिपथ गतिशील प्रतिरोधों के रूप में व्यवहार करते हैं जो की वर्तमान विविधताओं की भरपाई के लिए अपने वर्तमान प्रतिरोध को परिवर्तित करते हैं। उदाहरण के लिए, यदि लोड अपने प्रतिरोध को बढ़ाता है, तो परिपथ में एक निरंतर कुल प्रतिरोध बनाए रखने के लिए ट्रांजिस्टर अपने वर्तमान आउटपुट प्रतिरोध (और इसके विपरीत) को कम कर देता है।

सक्रिय धारा स्रोतों के इलेक्ट्रॉनिक परिपथ में अनेक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं। वे अधिकांशतः एनालॉग इंटीग्रेटेड परिपथ (जैसे, उदाहरण के लिए, एक विभेदक एम्पलीफायर) में ओमिक प्रतिरोधी के स्थान पर एक धारा उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं जो पूरे लोड में वोल्टेज पर थोड़ा निर्भर करता है।

एक स्थिर इनपुट धारा या वोल्टेज द्वारा संचालित सामान्य उत्सर्जक विन्यास और एक स्थिर वोल्टेज द्वारा संचालित सामान्य स्रोत (सामान्य कैथोड) स्वाभाविक रूप से वर्तमान स्रोतों (या सिंक) के रूप में व्यवहार करते हैं क्योंकि इन उपकरणों का आउटपुट प्रतिबाधा स्वाभाविक रूप से उच्च है। इस प्रकार से सरल धारा दर्पण का आउटपुट भाग एकीकृत परिपथों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले ऐसे धारा स्रोत का एक उदाहरण है। सामान्य आधार, सामान्य गेट और सामान्य ग्रिड समाकृति निरंतर चालू स्रोतों के रूप में भी कार्य कर सकते हैं।

एक जेएफईटी को उसके स्रोत से उसके द्वार को बांधकर वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करने के लिए बनाया जा सकता है। तब प्रवाहित होने वाली धारा एफईटी की $I DSS$ है। इन्हें पहले से बने इस कनेक्शन के साथ खरीदा जा सकता है और इस स्तिथियों में उपकरणों को निरंतर चालू डायोड या निरंतर चालू डायोड या वर्तमान सीमित डायोड (सीएलडी) कहा जाता है। एक वैकल्पिक रूप से, समान कार्यक्षमता के लिए नीचे सूचीबद्ध परिपथ में जेएफईटी के बजाय एक एन्हांसमेंट-मोड एन-चैनल एमओएसएफईटी (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) का उपयोग किया जा सकता है।

वोल्टेज कार्यान्वयन के बाद

एक उदाहरण: बूटस्ट्रैपिंग (इलेक्ट्रॉनिक्स) वर्तमान स्रोत।^[1]

वोल्टेज क्षतिपूर्ति कार्यान्वयन

इस प्रकार से सरल अवरोधक निष्क्रिय धारा स्रोत तभी आदर्श होता है जब इसके पार वोल्टेज शून्य हो; इसलिए स्रोत को उत्तम बनाने के लिए समानांतर ऋणात्मक प्रतिक्रिया प्रयुक्त करके वोल्टेज क्षतिपूर्ति पर विचार किया जा सकता है। जिससे फीडबैक के साथ परिचालन एम्पलीफायर अपने इनपुट पर वोल्टेज को कम करने के लिए प्रभावी ढंग से काम करते हैं। इसके परिणामस्वरूप इनवर्टिंग इनपुट एक वर्चुअल ग्राउंड बन जाता है, जिसमें फीडबैक, या लोड और निष्क्रिय धारा स्रोत के माध्यम से धारा चलता है। इनपुट वोल्टेज स्रोत, अवरोधक और ऑप-एम्प मान के साथ एक "आदर्श" वर्तमान स्रोत बनाते हैं, $I OUT = V IN / R$ परिवर्तन एम्पलीफायर और एक ऑप-एम्प इनवर्टिंग एम्पलीफायर इस विचार के विशिष्ट कार्यान्वयन हैं।

अतः फ्लोटिंग लोड इस परिपथ समाधान का एक गंभीर हानि है।

वर्तमान क्षतिपूर्ति कार्यान्वयन

एक विशिष्ट उदाहरण हाउलैंड वर्तमान स्रोत हैं^[2] और इसके व्युत्पन्न डेबू इंटीग्रेटर।^[3] अंतिम उदाहरण (चित्र 1) में, हाउलैंड वर्तमान स्रोत में एक इनपुट वोल्टेज स्रोत $V IN$ होता है, , एक धनात्मक अवरोधक, R, एक भार (संधारित्र, C, प्रतिबाधा $Z$ के रूप में कार्य करता है) और एक ऋणात्मक प्रतिबाधा परिवर्तक INIC ( $R 1 = R 2 = R 3 = R$ और ऑप-एम्प) सम्मिलित है। इनपुट वोल्टेज स्रोत और अवरोधक R एक अपूर्ण धारा स्रोत पासिंग धारा का गठन करते हैं, जो लोड के माध्यम से वर्तमान $I R$ (छवि। स्रोत में 3)। INIC लोड के माध्यम से धारा, $I -R$ को "सहायता" करने वाले दूसरे धारा स्रोत के रूप में कार्य करता है। परिणामस्वरूप, लोड के माध्यम से बहने वाली कुल धारा स्थिर रहती है और इनपुट स्रोत द्वारा देखी जाने वाली परिपथ प्रतिबाधा बढ़ जाती है। चूंकि, हावलैंड वर्तमान स्रोत का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि इसके लिए चार प्रतिरोधों का पूरी तरह से मिलान करना आवश्यक है, और इसकी प्रतिबाधा उच्च आवृत्तियों पर गिरती है^[4]

इस प्रकार से ग्राउंडेड लोड इस परिपथ सॉल्यूशन का एक लाभ है।

ऋणात्मक प्रतिक्रिया वाले वर्तमान स्रोत

उन्हें निरंतर इनपुट वोल्टेज स्रोत (अर्थात, एक ऋणात्मक प्रतिक्रिया वोल्टेज स्टेबलाइज़र) द्वारा संचालित श्रृंखला ऋणात्मक प्रतिक्रिया के साथ वोल्टेज अनुयायी के रूप में कार्यान्वित किया जाता है। वोल्टेज अनुयायी को एक स्थिर (धारा संवेदन) अवरोधक द्वारा लोड किया जाता है जो फीडबैक लूप में जुड़े एक साधारण धारा-टू-वोल्टेज परिवर्तक के रूप में कार्य करता है। इस धारा स्रोत का बाहरी लोड धारा संवेदन अवरोधक की आपूर्ति करने वाले धारा के पथ में कहीं जुड़ा होता है किन्तु फीडबैक लूप से बाहर है।

वोल्टेज अनुयायी लोड के माध्यम से बहने वाले अपने आउटपुट धारा $I OUT$ को समायोजित करता है जिससे धारा संवेदन अवरोधक R पर वोल्टेज ड्रॉप $V R = I OUT R$ को स्थिर इनपुट वोल्टेज $V IN$ के समान बनाया जा सके। इस प्रकार वोल्टेज स्टेबलाइजर एक स्थिर अवरोधक पर निरंतर वोल्टेज ड्रॉप बनाए रखता है; इसलिए, एक स्थिर धारा $I OUT = V R / R = V IN / R$ अवरोधक के माध्यम से और क्रमशः लोड के माध्यम से प्रवाहित होती है।

यदि इनपुट वोल्टेज परिवर्तित करता रहता है, तो यह व्यवस्था वोल्टेज-से-वर्तमान परिवर्तक (वोल्टेज-नियंत्रित वर्तमान स्रोत, वीसीसीएस) के रूप में कार्य करेगी; इसे एक विपरीत(ऋणात्मक प्रतिक्रिया के माध्यम से) धारा-टू-वोल्टेज परिवर्तक के रूप में माना जा सकता है। और प्रतिरोध आर स्थानांतरण अनुपात (ट्रांसकंडक्टेंस) निर्धारित करता है।

श्रृंखला ऋणात्मक प्रतिक्रिया वाले परिपथ के रूप में प्रयुक्त किए गए वर्तमान स्रोतों का हानि यह है कि वर्तमान संवेदन अवरोधक में वोल्टेज ड्रॉप लोड (अनुपालन वोल्टेज) में अधिकतम वोल्टेज को कम करता है।

सरल ट्रांजिस्टर वर्तमान स्रोत

निरंतर धारा डायोड

वर्तमान सीमित डायोड की आंतरिक संरचना

सबसे सरल स्थिर-वर्तमान स्रोत या सिंक एक घटक से बनता है: एक जेएफईटी जिसके द्वार उसके स्रोत से जुड़े होते हैं। एक बार ड्रेन-स्रोत वोल्टेज एक निश्चित न्यूनतम मान तक पहुँच जाता है, और जेएफईटी संतृप्ति में प्रवेश करता है जहाँ धारा लगभग स्थिर होता है। इस समाकृति को निरंतर-वर्तमान डायोड के रूप में जाना जाता है, क्योंकि यह साधारण वोल्टेज स्रोतों में उपयोग किए जाने वाले निरंतर वोल्टेज डायोड (जेनर डायोड) के दोहरे की तरह व्यवहार करता है।

जेएफईटीs की संतृप्ति धारा में बड़ी परिवर्तनशीलता के कारण, एक स्रोत अवरोधक (आसन्न छवि में दिखाया गया है) को भी सम्मिलित करना सरल है, जो वर्तमान को वांछित मूल्य पर ट्यून करने की अनुमति देता है।

जेनर डायोड धारा स्रोत

चित्रा 4: ऋणात्मक प्रतिक्रिया के साथ विशिष्ट बीजेटी निरंतर वर्तमान स्रोत

उपरोक्त सामान्य विचार के इस द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) कार्यान्वयन (चित्र 4) में, एक जेनर वोल्टेज स्टेबलाइज़र (R1 और DZ1) लोड धारा को अनुभव करते हुए एक स्थिर उत्सर्जक अवरोधक (R2) द्वारा लोड किए गए एक उत्सर्जक अनुयायी (Q1) को चलाता है। इस वर्तमान स्रोत का बाहरी (अस्थायी) लोड संग्राहक से जुड़ा हुआ है जिससे लगभग समान धारा इसके और उत्सर्जक अवरोधक के माध्यम से प्रवाहित हो (उन्हें श्रृंखला में जुड़ा हुआ माना जा सकता है)। ट्रांजिस्टर Q1, आउटपुट (संग्राहक) धारा को समायोजित करता है जिससे स्थिर उत्सर्जक अवरोधक R2 पर वोल्टेज ड्रॉप को जेनर डायोड DZ1 पर अपेक्षाकृत स्थिर वोल्टेज ड्रॉप के लगभग समान रखा जा सके। परिणामस्वरूप, लोड प्रतिरोध और/या वोल्टेज भिन्न होने पर भी आउटपुट धारा लगभग स्थिर रहता है। इस प्रकार से परिपथ के संचालन पर नीचे विवरण में विचार किया गया है।

एक जेनर डायोड, जब रिवर्स बायस्ड (जैसा कि परिपथ में दिखाया गया है) में इसके माध्यम से बहने वाली धारा (विद्युत) के अतिरिक्त एक निरंतर वोल्टेज ड्रॉप होता है। इस प्रकार, जब तक जेनर धारा ( $I Z$ ) एक निश्चित स्तर से ऊपर है (जिसे होल्डिंग धारा कहा जाता है), जेनर डायोड के पार वोल्टेज ( $V Z$ ) स्थिर रहेगा। अवरोधक, R1, जेनर धारा और बेस धारा की आपूर्ति करता है ( $I B$ ) NPN ट्रांजिस्टर (Q1) का। निरंतर जेनर वोल्टेज Q1 और उत्सर्जक अवरोधक, R2 के आधार पर लगाया जाता है।

$R 2$ ( $V R2$ ) ) पर वोल्टेज $V Z - V BE$ द्वारा दिया जाता है, जहां $V BE$ Q1 का बेस-उत्सर्जक ड्रॉप है। Q1 का उत्सर्जक धारा जो R2 के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा भी है, द्वारा दी गई है

I_{\text{R2}}(=I_{\text{E}}=I_{\text{C}})={\frac {V_{\text{R2}}}{R_{\text{2}}}}={\frac {V_{\text{Z}}-V_{\text{BE}}}{R_{\text{2}}}}.

चूँकि $V Z$ स्थिर है और दिए गए तापमान के लिए $V BE$ भी (लगभग) स्थिर है, यह इस प्रकार है कि $V R2$ स्थिर है और इसलिए $I E$ भी स्थिर है। ट्रांजिस्टर क्रिया के कारण, उत्सर्जक धारा, $I E$ , संग्राहक धारा $I C$ के लगभग समान है, , ट्रांजिस्टर का (जो परिवर्तन में, लोड के माध्यम से धारा होता है)। इस प्रकार, लोड धारा स्थिर है (प्रारंभिक प्रभाव के कारण ट्रांजिस्टर के आउटपुट प्रतिरोध की उपेक्षा) और परिपथ एक निरंतर वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करता है। जब तक तापमान स्थिर रहता है (या अधिक भिन्न नहीं होता है), लोड धारा आपूर्ति वोल्टेज, R1 और ट्रांजिस्टर के लाभ से स्वतंत्र होगा। R2 लोड धारा को किसी भी वांछनीय मूल्य पर सेट करने की अनुमति देता है और इसकी गणना द्वारा की जाती है

R_{\text{2}}={\frac {V_{\text{Z}}-V_{\text{BE}}}{I_{\text{R2}}}}

जहाँ पे $V BE$ सामान्यतः एक सिलिकॉन डिवाइस के लिए 0.65 वी है।^[5]

( $I R2$ उत्सर्जक धारा भी है और इसे संग्राहक या आवश्यक लोड धारा के समान माना जाता है, परंतु $h FE$ पर्याप्त रूप से बड़ा है)। प्रतिरोध $R 1$ के रूप में गणना की जाती है

R_{\text{1}}={\frac {V_{\text{S}}-V_{\text{Z}}}{I_{\text{Z}}+K\cdot I_{\text{B}}}}

जहाँ पे $K$ = 1.2 से 2 (जिससे $R R1$ पर्याप्त $I B$ सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त कम है),

I_{\text{B}}={\frac {I_{\text{C}}}{h_{FE,{\text{min}}}}}

और $h FE,min$ उपयोग किए जा रहे विशेष ट्रांजिस्टर प्रकार के लिए सबसे कम स्वीकार्य वर्तमान लाभ है।

एलईडी वर्तमान स्रोत

चित्र 5: जेनर डायोड के बजाय एलईडी का उपयोग करने वाला विशिष्ट निरंतर चालू स्रोत (सीसीएस)

जेनर डायोड को किसी अन्य डायोड से परिवर्तना किया जा सकता है; उदाहरण के लिए, एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड एलईडी1 जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है। एलईडी वोल्टेज ड्रॉप ( $V D$ )का उपयोग अब निरंतर वोल्टेज प्राप्त करने के लिए किया जाता है और इसमें तापमान के कारण $V BE$ परिवर्तनों को ट्रैक करने (क्षतिपूर्ति करने) का अतिरिक्त लाभ भी होता है। $R 2$ की गणना इस प्रकार की जाती है

R_{\text{2}}={\frac {V_{\text{D}}-V_{\text{BE}}}{I_{\text{R2}}}}

तथा $R 1$ जैसा

R_{\text{1}}={\frac {V_{\text{S}}-V_{\text{D}}}{I_{\text{D}}+K\cdot I_{\text{B}}}}

, जहां I_D एलईडी धारा है

डायोड क्षतिपूर्ति के साथ ट्रांजिस्टर वर्तमान स्रोत

चित्रा 6: डायोड क्षतिपूर्ति के साथ विशिष्ट निरंतर वर्तमान स्रोत (सीसीएस)

तापमान परिवर्तन चित्रा 4 के परिपथ द्वारा दिए गए आउटपुट धारा को परिवर्तन कर देगा क्योंकि $V BE$ तापमान के प्रति संवेदनशील है। तापमान निर्भरता की भरपाई चित्र 6 के परिपथ का उपयोग करके की जा सकती है जिसमें जेनर डायोड के साथ श्रृंखला में एक मानक डायोड, डी, (ट्रांजिस्टर के समान अर्धचालक सामग्री का) सम्मिलित है जैसा कि बाईं ओर की छवि में दिखाया गया है। डायोड ड्रॉप ( $V D$ ) तापमान के कारण $V BE$ परिवर्तनों को ट्रैक करता है और इस प्रकार सीसीएस की तापमान निर्भरता का महत्वपूर्ण रूप से प्रतिकार करता है।

प्रतिरोध $R 2$ अब गणना की जाती है

R_{2}={\frac {V_{\text{Z}}+V_{\text{D}}-V_{BE}}{I_{\text{R2}}}}

तब से $V D = V BE = 0.65 V$ ,^[6]

R_{2}={\frac {V_{\text{Z}}}{I_{\text{R2}}}}

(प्रयोग में, V_D कभी भी $V BE$ के समान नहीं होता है और इसलिए यह $V BE$ में परिवर्तन को रद्द करने के अतिरिक्त केवल दबा देता है।)

$R 1$ के रूप में गणना की जाती है

R_{1}={\frac {V_{\text{S}}-V_{\text{Z}}-V_{\text{D}}}{I_{\text{Z}}+K\cdot I_{\text{B}}}}

(क्षतिपूर्ति डायोड का आगे वोल्टेज ड्रॉप, $V D$ , समीकरण में दिखाई देता है और सामान्यतः सिलिकॉन उपकरणों के लिए 0.65 V होता है।^[6]

ध्यान दें कि यह तभी उचित कार्य करता है जब DZ1 एक संदर्भ डायोड या कोई अन्य स्थिर वोल्टेज स्रोत हो। 'सामान्य' जेनर डायोड के साथ, विशेष रूप से कम जेनर वोल्टेज (<5V) के साथ डायोड समग्र तापमान निर्भरता को और भी व्यर्थ कर सकता है।

उत्सर्जक अध: पतन के साथ वर्तमान दर्पण

श्रृंखला ऋणात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग उत्सर्जक अध: पतन के साथ दो-ट्रांजिस्टर वर्तमान दर्पण में भी किया जाता है। एकाधिक ट्रांजिस्टर का उपयोग करने वाले कुछ वर्तमान दर्पणों में ऋणात्मक प्रतिक्रिया एक मूलभूत विशेषता है, जैसे कि विडलर वर्तमान स्रोत और विल्सन वर्तमान स्रोत है।

थर्मल क्षतिपूर्ति के साथ निरंतर वर्तमान स्रोत

चित्र 5 और 6 में परिपथ के साथ एक सीमा यह है कि थर्मल क्षतिपूर्ति अपूर्ण है। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर में, जैसे-जैसे जंक्शन तापमान बढ़ता है, $V be$ ड्रॉप (आधार से उत्सर्जक तक वोल्टेज ड्रॉप) कम हो जाता है। पिछले दो परिपथ में, $V be$ में कमी से उत्सर्जक अवरोधक पर वोल्टेज में वृद्धि होगी, जिसके परिणामस्वरूप लोड के माध्यम से खींचे गए संग्राहक धारा में वृद्धि होगी। अंतिम परिणाम यह है कि आपूर्ति की गई 'निरंतर' धारा की मात्रा कम से कम कुछ सीमा तक तापमान पर निर्भर होती है। चित्र 6 में डायोड, डी1 और चित्र 5 में एलईडी, एलईडी1 के लिए संबंधित वोल्टेज ड्रॉप्स द्वारा यह प्रभाव अधिक सीमा तक कम हो जाता है, किन्तु पूरी तरह से नहीं। यदि सीसीएस के सक्रिय उपकरण में विद्युत का अपव्यय नहीं है छोटे और/या अपर्याप्त उत्सर्जक अध:पतन का उपयोग किया जाता है, यह एक गैर-तुच्छ विषय बन सकता है।

इस प्रकार से चित्र 5 में कल्पना करें, विद्युत चालू होने पर, एलईडी के पार 1 V है जो ट्रांजिस्टर के आधार को चला रहा है। कमरे के तापमान पर $V be$ जंक्शन पर लगभग 0.6 V की गिरावट होती है और इसलिए उत्सर्जक अवरोधक पर 0.4 V की गिरावट होती है, जो $0.4/R e$ amps का अनुमानित संग्राहक (लोड) धारा देता है। अब कल्पना करें कि ट्रांजिस्टर में विद्युत अपव्यय के कारण यह गर्म हो जाता है। इसके कारण $V be$ ड्रॉप (जो कमरे के तापमान पर 0.6 V था) घटकर 0.2 V रह जाता है। अब उत्सर्जक अवरोधक पर वोल्टेज 0.8 V है, जो वार्मअप से पहले की तुलना में दोगुना है। इसका अर्थ यह है कि संग्राहक (लोड) धारा अब डिज़ाइन मान से दोगुना है! निश्चित यह एक चरम उदाहरण है, किन्तु यह मुद्दे को स्पष्ट करने का काम करता है।

एनपीएन ट्रांजिस्टर के साथ वर्तमान सीमक

बाईं ओर का परिपथ थर्मल समस्या पर नियंत्रण पाता है (यह भी देखें, धारा लिमिटिंग)। यह देखने के लिए कि परिपथ कैसे कार्य करता है, मान लें कि वोल्टेज अभी V+ पर लगाया गया है। धारा R1 के माध्यम से Q1 के आधार तक चलता है, इसे चालू करता है और लोड के माध्यम से Q1 के संग्राहक में प्रवाहित होने लगता है। यह वही लोड धारा तब Q1 के उत्सर्जक से बाहर निकलता है और परिणामस्वरूप $R sense$ भूमि पर प्रवाहित होता है। जब यह धारा $R sense$ भूमि पर एक वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनने के लिए पर्याप्त होती है जो कि Q2 के $V be$ ड्रॉप के समान होती है, तो Q2 चालू होना प्रारंभ हो जाता है। जैसे ही Q2 चालू होता है, यह अपने संग्राहक अवरोधक, R1 के माध्यम से अधिक धारा खींचता है, जो Q1 के आधार में कुछ इंजेक्टेड धारा को मोड़ देता है, जिससे Q1 लोड के माध्यम से कम धारा का संचालन करता है। यह परिपथ के अन्दर एक ऋणात्मक फीडबैक लूप बनाता है, जो Q1 के उत्सर्जक पर वोल्टेज को Q2 के $V be$ ड्रॉप के लगभग समान रखता है। चूंकि Q2, Q1 की तुलना में बहुत कम विद्युत नष्ट कर रहा है (चूंकि सभी लोड धारा Q1 से होकर गुजरता है, Q2 से नहीं), Q2 किसी भी महत्वपूर्ण मात्रा को गर्म नहीं करेगा और $R sense$ में संदर्भ (वर्तमान सेटिंग) वोल्टेज ≈0.6 V पर स्थिर रहेगा, या भूमि के ऊपर एक डायोड ड्रॉप, Q1 के $V be$ ड्रॉप में थर्मल परिवर्तन की नेतृत्व किए बिना। परिपथ अभी भी परिवेश के तापमान में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील है जिसमें डिवाइस संचालित होता है क्योंकि Q2 में BE वोल्टेज ड्रॉप तापमान के साथ थोड़ा भिन्न होता है।

ऑप-एम्प वर्तमान स्रोत

चित्र 7: विशिष्ट ऑप-एम्प वर्तमान स्रोत।

एक op-amp (चित्र 7) के फीडबैक लूप में ट्रांजिस्टर के बेस-उत्सर्जक जंक्शन को सम्मिलित करके चित्र 4 से सरल ट्रांजिस्टर वर्तमान स्रोत में सुधार किया जा सकता है। अब ऑप-एम्प $V BE$ ड्रॉप इसकी भरपाई करने के लिए अपने आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाता है। परिपथ वास्तव में एक निरंतर इनपुट वोल्टेज द्वारा संचालित एक बफर गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर है। यह इस निरंतर वोल्टेज को निरंतर सेंस अवरोधक पर बनाए रखता है। परिणामस्वरूप, लोड के माध्यम से बहने वाली धारा भी स्थिर है; यह ठीक जेनर वोल्टेज है जिसे इन्द्रिय अवरोधक द्वारा विभाजित किया जाता है। लोड को या तो उत्सर्जक (चित्र 7) या संग्राहक (चित्र 4) में जोड़ा जा सकता है, किन्तु दोनों ही स्तिथियों में यह ऊपर के सभी परिपथों की तरह तैर रहा है। यदि आवश्यक धारा ऑप-एम्प की स्रोतिंग क्षमता से अधिक न हो तो ट्रांजिस्टर की आवश्यकता नहीं होती है। धारा मिरर पर लेख या फीडबैक असिस्टेड धारा मिरर इन तथाकथित गेन-बूस्टेड धारा मिरर्स के एक और उदाहरण पर विचार करता है।

चित्र 8: LM317 वोल्टेज नियामक का उपयोग करते हुए निरंतर चालू स्रोत

वोल्टेज नियामक वर्तमान स्रोत

सामान्य ऋणात्मक प्रतिक्रिया व्यवस्था को आईसी वोल्टेज नियामक (चित्रा 8 पर एलएम 317 वोल्टेज नियामक) द्वारा कार्यान्वित किया जा सकता है। मात्र एमिटर अनुयायी और उपरोक्त स्पष्ट ऑप-एम्प अनुयायी की तरह, यह एक स्थिर अवरोधक (1.25 Ω) पर एक निरंतर वोल्टेज ड्रॉप (1.25 वी) बनाए रखता है; इसलिए, अवरोधक और भार के माध्यम से एक निरंतर धारा (1A) प्रवाहित होती है। एलईडी तब चालू होती है जब लोड पर वोल्टेज 1.8 V से अधिक हो जाता है (संकेतक परिपथ कुछ त्रुटि उत्पन्न करता है)। ग्राउंडेड लोड इस समाधान का एक महत्वपूर्ण लाभ है

कर्पिस्टर ट्यूब

दो इलेक्ट्रोड और ²²⁶Ra की कैलिब्रेटेड बेकरेल (प्रति सेकंड विखंडन) मात्रा के साथ नाइट्रोजन से भरी ग्लास ट्यूब चालन के लिए प्रति सेकंड एक निरंतर संख्या में आवेश वाहक प्रदान करता है, जो यह निर्धारित करता है कि ट्यूब 25 से 500 V तक की वोल्टेज सीमा से अधिकतम प्रवाहित हो सकती है।^[7]

वर्तमान और वोल्टेज स्रोत की तुलना

विद्युत ऊर्जा के अधिकांश स्रोत (मुख्य विद्युत, एक बैटरी (विद्युत), आदि) को वोल्टेज स्रोतों के रूप में सर्वोत्तम रूप से तैयार किया जाता है। ऐसे स्रोत निरंतर वोल्टेज प्रदान करते हैं, जिसका अर्थ है कि जब तक स्रोत से खींची गई धारा स्रोत की क्षमताओं के अन्दर है, तब तक इसका आउटपुट वोल्टेज स्थिर रहता है। एक आदर्श वोल्टेज स्रोत एक खुले परिपथ (बहुविकल्पी) (अर्थात, एक अनंत विद्युत प्रतिबाधा) द्वारा लोड होने पर कोई ऊर्जा प्रदान नहीं करता है, किन्तु जब लोड प्रतिरोध शून्य (एक शॉर्ट परिपथ) तक पहुंचता है तो अनंत पॉवर और वर्तमान तक पहुंचता है। इस तरह के सैद्धांतिक उपकरण में स्रोत के साथ श्रृंखला में शून्य ओम (इकाई) आउटपुट प्रतिबाधा होगी। एक वास्तविक-विश्व वोल्टेज स्रोत में बहुत कम, किन्तु गैर-शून्य आउटपुट प्रतिबाधा होती है: अधिकांशतः 1 ओम से बहुत कम है।

इसके विपरीत, एक वर्तमान स्रोत एक निरंतर धारा प्रदान करता है, जब तक कि स्रोत टर्मिनलों से जुड़े भार में पर्याप्त रूप से कम प्रतिबाधा हो। एक आदर्श वर्तमान स्रोत शॉर्ट परिपथ को कोई ऊर्जा प्रदान नहीं करेगा और अनंत ऊर्जा और वोल्टेज तक पहुंच जाएगा क्योंकि लोड प्रतिरोध अनंत (एक ओपन परिपथ) तक पहुंचता है। एक आदर्श वर्तमान स्रोत में स्रोत के समानांतर एक इन्फिनिटी आउटपुट प्रतिबाधा होती है। एक वास्तविक संसार के वर्तमान स्रोत में बहुत अधिक है, किन्तु सीमित आउटपुट प्रतिबाधा है। ट्रांजिस्टर वर्तमान स्रोतों के स्तिथियों में, कुछ मेगोहम्स (कम आवृत्तियों पर) के प्रतिबाधा विशिष्ट हैं।

एक आदर्श धारा स्रोत को एक आदर्श ओपन परिपथ से नहीं जोड़ा जा सकता है क्योंकि यह एक परिभाषित शून्य धारा (ओपन परिपथ) वाले तत्व के माध्यम से एक स्थिर, गैर-शून्य धारा (वर्तमान स्रोत से) चलाने का विरोधाभास उत्पन्न करेगा। इसके अतिरिक्त, एक वर्तमान स्रोत को किसी अन्य वर्तमान स्रोत से नहीं जोड़ा जाना चाहिए यदि उनकी धाराएं भिन्न होती हैं किन्तु इस व्यवस्था का अधिकांशतः (उदाहरण के लिए, गतिशील भार, सीएमओएस परिपथ, आदि के साथ प्रवर्धित चरणों में) उपयोग किया जाता है।

इसी तरह, एक आदर्श वोल्टेज स्रोत को एक आदर्श शॉर्ट परिपथ (R = 0) से नहीं जोड़ा जा सकता है, क्योंकि इससे परिभाषित शून्य वोल्टेज (शॉर्ट परिपथ) वाले तत्व में परिमित गैर-शून्य वोल्टेज का एक समान विरोधाभास होगा। इसके अतिरिक्त, एक वोल्टेज स्रोत को दूसरे वोल्टेज स्रोत से नहीं जोड़ा जाना चाहिए यदि उनके वोल्टेज भिन्न होते हैं किन्तु फिर से इस व्यवस्था का अधिकांशतः (उदाहरण के लिए, सामान्य आधार और अंतर प्रवर्धक चरणों में) उपयोग किया जाता है।

इसके विपरीत, धारा और वोल्टेज स्रोतों को बिना किसी समस्या के एक-दूसरे से जोड़ा जा सकता है, और इस तकनीक का व्यापक रूप से परिपथरी में उपयोग किया जाता है (जैसे, कैसकोड में, विभेदक एम्पलीफायर या सरल उत्सर्जक धारा स्रोत के साथ लॉन्ग-टेल्ड पेयर, आदि)

क्योंकि किसी भी प्रकार का कोई आदर्श स्रोत उपस्तिथ नहीं है (सभी वास्तविक संसार के उदाहरणों में परिमित और गैर-शून्य स्रोत प्रतिबाधा है), किसी भी वर्तमान स्रोत को समान स्रोत प्रतिबाधा के साथ वोल्टेज स्रोत के रूप में माना जा सकता है और इसके विपरीत इन अवधारणाओं को नॉर्टन और थेवेनिन के प्रमेय द्वारा निपटाया जाता है ।

इस प्रकार से निरंतर चालू स्रोत और वोल्टेज स्रोत द्वारा संधारित्र का चार्ज भिन्न है। किन्तु समय के साथ संधारित्र के निरंतर चालू स्रोत चार्जिंग के लिए रैखिकता बनाए रखी जाती है, जबकि संधारित्र की वोल्टेज स्रोत चार्जिंग समय के साथ घातीय होती है। निरंतर चालू स्रोत की यह विशेष संपत्ति लोड से लगभग शून्य प्रतिबिंब के साथ उचित सिग्नल कंडीशनिंग के लिए सहायता करती है।

यह भी देखें

सतत प्रवाह
वर्तमान सीमित
वर्तमान परिपथ
वर्तमान दर्पण
वर्तमान स्रोत और सिंक
फोंटाना ब्रिज, एक क्षतिपूर्ति वर्तमान स्रोत
लौह-हाइड्रोजन प्रतिरोधी
संतृप्त रिएक्टर
वोल्टेज-टू-धारा कन्वर्टर
वेल्डिंग विद्युत की आपूर्ति, चाप वेल्डिंग के लिए उपयोग किया जाने वाला एक उपकरण, जिनमें से अनेक को निरंतर चालू उपकरणों के रूप में डिज़ाइन किया गया है।
विडलर धारा स्रोत

संदर्भ

↑ Widlar bilateral current source Archived 2011-06-07 at the Wayback Machine
↑ "AN-1515 A Comprehensive Study of the Howland Current Pump" (PDF) (PDF). Texas Instruments, Inc. 2013.
↑ Consider the "Deboo" Single-Supply Integrator
↑ Horowitz, Paul; Winfield Hill (1989). The Art of Electronics, 2nd Ed. UK: Cambridge University Press. pp. 182. ISBN 0521370957.
↑ The value for $V BE$ varies logarithmically with current level: for more detail see diode modelling.
↑ ^6.0 ^6.1 See above note on logarithmic current dependence.
↑ "Tung-Sol: Curpistor, minute current regulator data sheet" (PDF). Retrieved 26 May 2013.

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अग्रिम पठन

"Current Sources & Voltage References" Linden T. Harrison; Publ. Elsevier-Newnes 2005; 608-pages; ISBN 0-7506-7752-X

बाहरी संबंध

[1] Widlar bilateral current source Archived 2011-06-07 at the Wayback Machine

[2] "AN-1515 A Comprehensive Study of the Howland Current Pump" (PDF) (PDF). Texas Instruments, Inc. 2013.

[3] Consider the "Deboo" Single-Supply Integrator

[Horowitz2-4] Horowitz, Paul; Winfield Hill (1989). The Art of Electronics, 2nd Ed. UK: Cambridge University Press. pp. 182. ISBN 0521370957.

[5] The value for $V BE$ varies logarithmically with current level: for more detail see diode modelling.

[Seeabove-6] 6.0 ^6.1 See above note on logarithmic current dependence.

[7] "Tung-Sol: Curpistor, minute current regulator data sheet" (PDF). Retrieved 26 May 2013.

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