वर्तमान मिरर सर्किट: विल्सन और विडलर करंट मिररिंग तकनीक

पिछले लेख में, हमने वर्तमान मिरर सर्किट के बारे में चर्चा की और यह ट्रांजिस्टर और MOSFET का उपयोग करके कैसे बनाया जा सकता है। इस तथ्य के बावजूद कि बुनियादी वर्तमान दर्पण सर्किट का निर्माण दो सरल सक्रिय घटकों, बीजेटी और एमओएसएफईटी का उपयोग करके या एम्पलीफायर सर्किट का उपयोग करके किया जा सकता है, आउटपुट सही नहीं है, साथ ही इसमें बाहरी चीजों पर कुछ सीमाएं और निर्भरताएं हैं। इसलिए एक स्थिर आउटपुट प्राप्त करने के लिए, वर्तमान दर्पण सर्किट में अतिरिक्त तकनीकों का उपयोग किया जाता है।

बेसिक करंट मिरर सर्किट में सुधार

करंट मिरर सर्किट के आउटपुट को बेहतर बनाने के लिए कई विकल्प हैं। एक समाधान में पारंपरिक दो ट्रांजिस्टर डिजाइन के ऊपर एक या दो ट्रांजिस्टर जोड़े जाते हैं। उन सर्किटों का निर्माण ट्रांजिस्टर के बेस करंट बेमेल को दूर करने के लिए एमिटर फॉलोअर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करता है। आउटपुट प्रतिबाधा को संतुलित करने के लिए डिज़ाइन में एक अलग तरह की सर्किट संरचना हो सकती है।

कर रहे हैं वर्तमान दर्पण के प्रदर्शन का विश्लेषण तीन प्राथमिक मैट्रिक्स एक बड़ी सर्किट के हिस्से के रूप।

1. प्रथम मीट्रिक स्थैतिक त्रुटि की मात्रा है । यह इनपुट और आउटपुट धाराओं के बीच का अंतर है। यह अंतर को कम करने के लिए एक कठिन काम है क्योंकि अंतर एम्पलीफायर लाभ के साथ अंतर एकल-समाप्त आउटपुट रूपांतरण का अंतर सामान्य मोड और बिजली की आपूर्ति के अस्वीकृति अनुपात को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार है।

2. अगले सबसे महत्वपूर्ण मीट्रिक वर्तमान स्रोत आउटपुट प्रतिबाधा है या उत्पादन प्रवाहकत्त्व। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यह वर्तमान स्रोत के दौरान फिर से मंच को प्रभावित करता है एक सक्रिय भार की तरह काम कर रहा है। यह विभिन्न स्थितियों में सामान्य मोड लाभ को भी प्रभावित करता है।

3. वर्तमान दर्पण सर्किट के स्थिर संचालन के लिए, अंतिम महत्वपूर्ण मीट्रिक इनपुट और आउटपुट टर्मिनलों में स्थित पावर रेल कनेक्शन से आने वाले न्यूनतम वोल्टेज हैं ।

इसलिए उपरोक्त सभी प्रदर्शन मेट्रिक्स पर विचार करते हुए बेसिक करंट मिरर सर्किट के आउटपुट को बेहतर बनाने के लिए, यहाँ हम लोकप्रिय करेंट मिरर तकनीकों - विल्सन करंट मिरर सर्किट और विडलर करंट सोर्स सर्किट पर चर्चा करेंगे ।

विल्सन करंट मिरर सर्किट

यह सब दो इंजीनियरों, जॉर्ज आर। विल्सन और बैरी गिल्बर्ट के बीच एक चुनौती के साथ शुरू हुआ, ताकि रात में एक बेहतर वर्तमान दर्पण सर्किट बनाया जा सके। यह कहने की आवश्यकता नहीं है कि जॉर्ज आर। विल्सन ने 1967 में चुनौती जीती थी। जॉर्ज आर। विल्सन के नाम से, उनके द्वारा डिजाइन किए गए बेहतर वर्तमान दर्पण सर्किट को विल्सन करंट मिरर सर्किट कहा जाता है ।

विल्सन करंट मिरर सर्किट तीन सक्रिय उपकरणों का उपयोग करता है जो इसके इनपुट के पार करंट को स्वीकार करते हैं और अपने आउटपुट को करंट की सटीक कॉपी या मिरर की हुई प्रति प्रदान करते हैं।

विल्सन करंट मिरर सर्किट के ऊपर, तीन सक्रिय घटक हैं जो बीजेटी और एक एकल आर 1 आर हैं।

यहां दो धारणाएं बनाई गई हैं - एक यह है कि सभी ट्रांजिस्टर का एक ही वर्तमान लाभ है और दूसरा यह है कि टी 1 और टी 2 के कलेक्टर धाराएं बराबर हैं, क्योंकि टी 1 और टी 2 का मिलान होता है और एक ही ट्रांजिस्टर। इसलिये

I _C1 = I _C2 = I _C

और यह आधार करंट के लिए भी लागू होता है, I _B1 = I _B2 = I _B

T3 ट्रांजिस्टर के आधार वर्तमान की गणना वर्तमान लाभ से की जा सकती है, जो है

I _B3 = I _C3 / (… (1)

और T3 का एमिटर करंट होगा

I _B3 = ((β + 1) / () I _C3… (2)

यदि हम उपरोक्त योजनाबद्ध को देखते हैं, तो T3 एमिटर के पार T2 और T2 के कलेक्टर धाराओं और बेस धाराओं का योग है। इसलिए, I _E3 = I _C2 + I _B1 + I _B2

अब, जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, इसका और मूल्यांकन किया जा सकता है

I _E3 = I _C + I _B + I _B I _I3 = I _C + 2I _B

इसलिये, I _E3 = (1+ (2/3)) I _C

I _E3 को (2) के अनुसार बदला जा सकता है

((I + 1) / β)) I _C3 = (1+ (2 / β)) I _C

कलेक्टर वर्तमान के रूप में लिखा जा सकता है, I _C = ((1+ β) / (() + 2)) I _C3… (3)

योजनाबद्ध वर्तमान के अनुसार फिर से

उपरोक्त समीकरण इनपुट ट्रांजिस्टर के साथ तीसरे ट्रांजिस्टर कलेक्टरों के बीच एक संबंध बना सकता है। कैसे? अगर 2 / (2 (β + 2)) << 1 तो I _{C3 (} I _R1 । यदि ट्रांजिस्टर का बेस-एमिटर वोल्टेज 1V से कम है तो आउटपुट करंट की गणना भी आसानी से की जा सकती है।

I _C3 C I _R1 = (V ₁ - V _BE2 - V _BE3) / R ₁

इसलिए, उचित और स्थिर आउटपुट वर्तमान के लिए, आर ₁ और वी ₁ को उचित मूल्यों में होना चाहिए। सर्किट को एक निरंतर वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करने के लिए, R1 को एक निरंतर वर्तमान स्रोत से बदलने की आवश्यकता होती है।

विल्सन करंट मिरर सर्किट में सुधार

विल्सन वर्तमान दर्पण सर्किट को एक और ट्रांजिस्टर जोड़कर सही सटीकता प्राप्त करने के लिए सुधार किया जा सकता है ।

उपरोक्त सर्किट विल्सन वर्तमान दर्पण सर्किट का उन्नत संस्करण है। चौथा ट्रांजिस्टर टी 4 सर्किट में जोड़ा जाता है। अतिरिक्त ट्रांजिस्टर टी 4 टी 1 और टी 2 के कलेक्टर वोल्टेज को संतुलित करता है। T1 के कलेक्टर वोल्टेज राशि वी के बराबर द्वारा स्थिर है _be4 । इसका परिणाम परिमित होता है

और T1 और T2 के बीच वोल्टेज के अंतर को भी स्थिर करें।

विल्सन करंट मिरर तकनीक के लाभ और सीमा

वर्तमान दर्पण सर्किट में पारंपरिक बेसिक मिरर सर्किट की तुलना में कई फायदे हैं-

1. बुनियादी वर्तमान दर्पण सर्किट के मामले में, आधार वर्तमान बेमेल एक आम समस्या है। हालाँकि, यह विल्सन करंट मिरर सर्किट वस्तुतः बेस करंट बैलेंस एरर को खत्म कर देता है। इसके कारण, आउटपुट करंट इनपुट करंट की तरह सटीक होता है। यही नहीं, T3 के बेस से T1 के पार नकारात्मक प्रतिक्रिया के कारण सर्किट बहुत उच्च आउटपुट प्रतिबाधा को नियोजित करता है।
2. बेहतर विल्सन वर्तमान दर्पण सर्किट 4 ट्रांजिस्टर संस्करणों का उपयोग करके बनाया गया है, इसलिए यह उच्च धाराओं पर ऑपरेशन के लिए उपयोगी है।
3. विल्सन वर्तमान दर्पण सर्किट इनपुट पर कम प्रतिबाधा प्रदान करता है।
4. इसके लिए अतिरिक्त पूर्वाग्रह वोल्टेज की आवश्यकता नहीं होती है और इसके निर्माण के लिए न्यूनतम संसाधनों की आवश्यकता होती है।

विल्सन वर्तमान दर्पण की सीमाएं:

1. जब विल्सन वर्तमान दर्पण सर्किट अधिकतम उच्च आवृत्ति के साथ पक्षपातपूर्ण होता है तो नकारात्मक प्रतिक्रिया पाश आवृत्ति प्रतिक्रिया में अस्थिरता का कारण बनता है।
2. इसमें मूल दो ट्रांजिस्टर वर्तमान दर्पण सर्किट की तुलना में एक उच्च अनुपालन वोल्टेज है।
3. विल्सन करंट मिरर सर्किट आउटपुट के पार शोर पैदा करता है। यह फीडबैक के कारण है जो आउटपुट प्रतिबाधा को बढ़ाता है और सीधे कलेक्टर वर्तमान को प्रभावित करता है। कलेक्टर वर्तमान उतार-चढ़ाव आउटपुट में शोर का योगदान देता है।

विल्सन करंट मिरर सर्किट का व्यावहारिक उदाहरण

यहाँ विल्सन करंट दर्पण को प्रोटीअस का उपयोग करके सिम्युलेटेड किया गया है।

तीन सक्रिय घटकों (BJT) का उपयोग सर्किट्री बनाने के लिए किया जाता है। BJTs सभी 2N2222 हैं, समान विनिर्देशों के साथ। पॉट को Q2 कलेक्टर में वर्तमान को बदलने के लिए चुना जाता है जो आगे Q3 कलेक्टर पर प्रतिबिंबित करेगा। आउटपुट लोड के लिए, 10 ओम अवरोधक का चयन किया जा रहा है।

यहाँ विल्सन वर्तमान मिरर तकनीक के लिए सिमुलेशन वीडियो है-

वीडियो में, Q2 के कलेक्टर में प्रोग्राम किए गए वोल्टेज Q3 कलेक्टर में प्रतिबिंबित हो रहे हैं।

विडलर करंट मिरर तकनीक

एक अन्य उत्कृष्ट वर्तमान दर्पण सर्किट विडलर करंट सोर्स सर्किट है, जिसका आविष्कार बॉब विडलर ने किया था।

सर्किट बिलकुल वैसा ही है जैसा कि दो BJT ट्रांजिस्टर का उपयोग करने वाला बेसिक करंट मिरर सर्किट। लेकिन आउटपुट ट्रांजिस्टर में एक संशोधन है। आउटपुट ट्रांजिस्टर केवल मध्यम अवरोधक मानों का उपयोग करके आउटपुट में कम धाराओं को प्रदान करने के लिए एक उत्सर्जक अध: पतन अवरोधक का उपयोग करता है।

Widlar वर्तमान स्रोत के लोकप्रिय एप्लिकेशन उदाहरणों में से एक uA741 परिचालन एम्पलीफायर सर्किट में है।

नीचे की छवि में, एक विडलर वर्तमान स्रोत सर्किट दिखाया गया है।

सर्किट में केवल दो ट्रांजिस्टर टी 1 और टी 2 और दो प्रतिरोधक आर 1 और आर 2 शामिल हैं। सर्किट R2 के बिना दो ट्रांजिस्टर वर्तमान दर्पण सर्किट के समान है। R2 T2 एमिटर और ग्राउंड के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। यह एमिटर रेसिस्टर T1 के साथ तुलना में T2 के करंट को प्रभावी ढंग से कम करता है। यह इस प्रतिरोधक के पार वोल्टेज ड्रॉप द्वारा किया जाता है, यह वोल्टेज ड्रॉप आउटपुट ट्रांजिस्टर के बेस-एमिटर वोल्टेज को कम करता है जिसके परिणामस्वरूप टी 2 में कम कलेक्टर वर्तमान में परिणाम होता है।

विडलर करंट मिरर सर्किट के लिए आउटपुट इम्पीडेंस का विश्लेषण और व्युत्पन्न करना

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है कि T2 करंट की तुलना में T2 के पार धारा कम हो जाती है, जिसे ताल Pspice सिमुलेशन का उपयोग करके आगे परीक्षण और विश्लेषण किया जा सकता है। आइए नीचे की छवि में विडालर सर्किट निर्माण और सिमुलेशन देखें,

सर्किट का निर्माण Cadence Pspice में किया जाता है। एक ही विनिर्देशन वाले दो ट्रांजिस्टर सर्किटरी में उपयोग किए जाते हैं, जो 2N2222 है। वर्तमान जांच में Q2 और Q1 कलेक्टर में वर्तमान प्लॉट दिखाए जा रहे हैं।

सिमुलेशन नीचे छवि में देखा जा सकता है।

उपरोक्त आंकड़ों में, लाल प्लॉट, जो कि Q1 का कलेक्टर वर्तमान है, क्यू 2 की तुलना में कम कर रहा है।

सर्किट के बेस-एमिटर जंक्शन के पार KVL (Kirchhoff's Voltage Law) लागू करना, V _BE1 = V _BE2 + I _E2 R ₂ V _BE1 = V _BE2 + (β + 1) I _B2 R ₂

The ₂ आउटपुट ट्रांजिस्टर के लिए है। यह इनपुट ट्रांजिस्टर से पूरी तरह से अलग है क्योंकि सिमुलेशन ग्राफ पर वर्तमान साजिश स्पष्ट रूप से दिखाती है कि दो ट्रांजिस्टर में वर्तमान अलग हैं।

अंतिम सूत्र को उपरोक्त सूत्र से निकाला जा सकता है यदि परिमित if को अधिरोहित किया जाता है और यदि हम I _C1 को I _IN और I _C2 को I _{OUT के} रूप _में बदलते हैं । इसलिए,

विडलर वर्तमान स्रोत के आउटपुट प्रतिरोध को मापने के लिए, लघु-संकेत सर्किट एक उपयोगी विकल्प है। नीचे की छवि विडलर वर्तमान स्रोत के लिए एक बराबर छोटा सिग्नल सर्किट है ।

सर्किट के आउटपुट प्रतिरोध को मापने के लिए वर्तमान Ix को सर्किट में लागू किया जाता है। तो, ओम कानून के अनुसार, आउटपुट प्रतिरोध है

Vx / Ix

उत्पादन प्रतिरोध R2 के लिए छोड़ दिया जमीन भर में Kirchoff के नियम लागू करने के द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, यह है-

फिर से, आरपी ग्राउंड के पार किर्चॉफ के वोल्टेज कानून को इनपुट करंट की जमीन पर लागू करना, V _X = I _X (R ₀ + R ₂) + I _b (R ₂ -) R ₀)

अब, वैल्यू को बदलते हुए, विडलर करंट मिरर सर्किट के आउटपुट प्रतिरोध को प्राप्त करने के लिए अंतिम समीकरण है

तो यह है कि कैसे विल्सन और विडलर वर्तमान मिरर तकनीकों का उपयोग बेसिक करंट मिरर सर्किट के डिजाइनों को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है।