المصدر الحالي

مصدر التيار هو دائرة إلكترونية تقوم بتوصيل أو امتصاص تيار كهربائي مستقل عن الجهد الكهربائي عبره.

مصدر التيار هو نظير مصدر الجهد . ويُستخدم مصطلح " مصرف التيار" أحيانًا للإشارة إلى المصادر التي تتغذى من مصدر جهد سالب. يوضح الشكل 1 الرمز التخطيطي لمصدر تيار مثالي يُغذي مقاومة . يوجد نوعان: مصدر تيار مستقل (أو مصرف تيار) يُوفر تيارًا ثابتًا، ومصدر تيار تابع يُوفر تيارًا يتناسب مع جهد أو تيار آخر في الدائرة.

خلفية


مصدر الجهد	المصدر الحالي

مصدر جهد كهربائي متحكم به	مصدر تيار متحكم به

بطارية من الخلايا	خلية واحدة

الشكل 2: رموز المصدر

يُولّد مصدر التيار المثالي تيارًا لا يتأثر بتغيرات الجهد الكهربائي عبره. مصدر التيار المثالي هو نموذج رياضي، يمكن للأجهزة الحقيقية أن تحاكيه بدقة عالية. إذا أمكن تحديد التيار المار عبر مصدر تيار مثالي بشكل مستقل عن أي متغير آخر في الدائرة، يُسمى مصدر تيار مستقل . في المقابل، إذا كان التيار المار عبر مصدر تيار مثالي مُحددًا بجهد أو تيار آخر في الدائرة، يُسمى مصدر تيار تابع أو مُتحكم به . رموز هذه المصادر موضحة في الشكل 2.

المقاومة الداخلية لمصدر تيار مثالي لا نهائية. مصدر التيار المستقل الذي يمر به تيار صفري يُعادل دائرة مفتوحة مثالية . يتحدد الجهد عبر مصدر التيار المثالي كليًا بالدائرة المتصل بها. عند توصيله بدائرة قصر ، يكون الجهد صفرًا، وبالتالي تكون القدرة المُخرجة صفرًا. عند توصيله بمقاومة حمل ، يُنظم مصدر التيار الجهد بطريقة تُبقي التيار ثابتًا؛ لذا في مصدر التيار المثالي، يقترب الجهد عبر المصدر من اللانهاية كلما اقتربت مقاومة الحمل من اللانهاية (دائرة مفتوحة).

لا يوجد مصدر تيار مثالي. على سبيل المثال، لا يمكن لأي مصدر تيار أن يعمل عند توصيله بدائرة مفتوحة. هناك خاصيتان تحددان مصدر التيار في الواقع العملي: مقاومته الداخلية وجهد الامتثال . جهد الامتثال هو أقصى جهد يمكن أن يوفره مصدر التيار للحمل. ضمن نطاق حمل معين، قد تُظهر بعض أنواع مصادر التيار مقاومة داخلية شبه لانهائية. مع ذلك، عندما يصل مصدر التيار إلى جهد الامتثال، يتوقف فجأة عن العمل كمصدر تيار.

في تحليل الدوائر الكهربائية، يُنمذج مصدر تيار ذو مقاومة داخلية محدودة بوضع قيمة تلك المقاومة عبر مصدر تيار مثالي ( دائرة نورتون المكافئة ). مع ذلك، لا يكون هذا النموذج مفيدًا إلا عندما يعمل مصدر التيار ضمن نطاق جهد الامتثال الخاص به.

التطبيقات

مصدر تيار سلبي

أبسط مصدر تيار غير مثالي يتكون من مصدر جهد موصول على التوالي مع مقاومة. تُعطى قيمة التيار المتاح من هذا المصدر بنسبة الجهد عبر مصدر الجهد إلى مقاومة المقاومة ( قانون أوم ؛ $I = V / R$ ). لا تصل هذه القيمة من التيار إلا إلى حمل يكون فيه فرق الجهد بين طرفيه صفرًا (دائرة قصر، مكثف غير مشحون، ملف حث مشحون ، دائرة أرضية افتراضية، إلخ). أما التيار الذي يصل إلى حمل يكون فيه فرق الجهد بين طرفيه غير صفري (مقاومة خطية أو غير خطية ذات مقاومة محددة، مكثف مشحون، ملف حث غير مشحون، مصدر جهد، إلخ) فسيكون مختلفًا دائمًا. ويُعطى بنسبة فرق الجهد عبر المقاومة (الفرق بين جهد الإثارة والجهد عبر الحمل) إلى مقاومتها.

للحصول على مصدر تيار مثالي تقريبًا، يجب أن تكون قيمة المقاومة كبيرة جدًا، ولكن هذا يعني أنه لتيار محدد، يجب أن يكون مصدر الجهد كبيرًا جدًا (عندما تقترب المقاومة والجهد من اللانهاية، يصبح مصدر التيار مثاليًا ولا يعتمد التيار إطلاقًا على الجهد عبر الحمل). وبالتالي، تكون الكفاءة منخفضة (بسبب فقد الطاقة في المقاومة)، وعادةً ما يكون من غير العملي بناء مصدر تيار "جيد" بهذه الطريقة. ومع ذلك، غالبًا ما توفر هذه الدائرة أداءً كافيًا عندما يكون التيار المحدد ومقاومة الحمل صغيرين. على سبيل المثال، سيوفر مصدر جهد 5 فولت موصول على التوالي مع مقاومة 4.7 كيلو أوم تيارًا ثابتًا تقريبًا قدره 1 مللي أمبير ± 5% لحمل مقاومته تتراوح بين 50 و450 أوم.

يُعد مولد فان دي غراف مثالاً على مصدر تيار عالي الجهد. فهو يعمل كمصدر تيار شبه ثابت نظرًا لجهد خرجه العالي جدًا ومقاومته العالية جدًا، وبالتالي فهو يُوفر نفس التيار الذي يبلغ بضعة ميكروأمبيرات عند أي جهد خرج يصل إلى مئات الآلاف من الفولتات (أو حتى عشرات الميغافولتات ) في النسخ المختبرية الكبيرة.

مصادر التيار النشطة بدون تغذية راجعة سلبية

في هذه الدوائر، لا تتم مراقبة تيار الخرج والتحكم فيه عن طريق التغذية الراجعة السلبية .

التنفيذ غير الخطي المستقر للتيار

تُنفذ هذه الدوائر باستخدام مكونات إلكترونية فعالة (ترانزستورات) ذات خصائص خرج غير خطية مستقرة للتيار عند تشغيلها بكمية دخل ثابتة (تيار أو جهد). تعمل هذه الدوائر كمقاومات ديناميكية، حيث تُغير مقاومتها الحالية لتعويض تغيرات التيار. على سبيل المثال، إذا زادت مقاومة الحمل، يُقلل الترانزستور مقاومة خرجه الحالية (والعكس صحيح ) للحفاظ على مقاومة كلية ثابتة في الدائرة.

تتمتع مصادر التيار النشطة بالعديد من التطبيقات المهمة في الدوائر الإلكترونية . وغالبًا ما تُستخدم بدلاً من المقاومات الأومية في الدوائر المتكاملة التناظرية (مثل مكبر الصوت التفاضلي ) لتوليد تيار يعتمد بشكل طفيف على الجهد عبر الحمل.

تُعتبر الدوائر المتكاملة ذات الباعث المشترك، التي تعمل بتيار أو جهد دخل ثابت، والدوائر المتكاملة ذات المصدر المشترك ( الكاثود المشترك )، التي تعمل بجهد ثابت، مصادر (أو مصارف) للتيار، وذلك لأن مقاومة الخرج لهذه الأجهزة عالية بطبيعتها. يُعدّ جزء الخرج في مرآة التيار البسيطة مثالًا على هذا النوع من مصادر التيار، وهو شائع الاستخدام في الدوائر المتكاملة . كما يمكن أن تعمل الدوائر المتكاملة ذات القاعدة المشتركة والبوابة المشتركة والشبكة المشتركة كمصادر تيار ثابتة أيضًا.

يمكن استخدام ترانزستور JFET كمصدر تيار عن طريق توصيل بوابته بمصدره. التيار المتدفق حينها هو $I DSS$ الخاص بالترانزستور. تتوفر هذه الترانزستورات مزودة بهذا التوصيل مسبقًا، وفي هذه الحالة تُسمى ثنائيات تنظيم التيار أو ثنائيات التيار الثابت أو ثنائيات تحديد التيار (CLD). بدلاً من ذلك، يمكن استخدام ترانزستور MOSFET من نوع N ذي قناة N في وضع الاستنزاف ( ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة ) بدلاً من ترانزستور JFET في الدوائر المذكورة أدناه للحصول على وظائف مماثلة. ^[¹^]

تطبيق الجهد الكهربائي بعد

مثال: مصدر التيار المُهيأ . ^{[ 2 ]}

تطبيق تعويض الجهد

يُعدّ مصدر التيار السلبي البسيط ذو المقاومة مثاليًا فقط عندما يكون الجهد عبره صفرًا؛ لذا يُمكن النظر في تعويض الجهد بتطبيق تغذية عكسية سالبة متوازية لتحسين المصدر. تعمل مكبرات العمليات المزودة بتغذية عكسية على تقليل الجهد عبر مداخلها. ينتج عن ذلك جعل المدخل العاكس أرضيًا افتراضيًا ، حيث يمر التيار عبر التغذية العكسية، أو الحمل، ومصدر التيار السلبي. يُشكّل مصدر جهد الدخل، والمقاومة، ومكبر العمليات مصدر تيار "مثاليًا" بقيمة $I OUT = V IN / R.$ يُعدّ كل من مكبر المقاومة العكسية ومكبر العمليات العاكس تطبيقات نموذجية لهذه الفكرة.

يُعد الحمل العائم عيبًا خطيرًا في حل هذه الدائرة.

تطبيق نظام التعويضات الحالي

من الأمثلة النموذجية مصدر تيار هاولاند ^{[ 3 ]} ومُكامل ديبو المشتق منه. ^{[ 4 ]} في المثال الأخير (الشكل 1)، يتكون مصدر تيار هاولاند من مصدر جهد دخل $V IN$ ، ومقاومة موجبة R، وحمل (المكثف C الذي يعمل كمعاوقة $Z$ )، ومُحوّل معاوقة سالبة INIC ( $R 1 = R 2 = R 3 = R 4$ ومُضخّم العمليات). يُشكّل مصدر جهد الدخل والمقاومة R1 مصدر تيار غير مثالي يمرر التيار $I R$ عبر الحمل (الشكل 3 في المصدر). يعمل مُحوّل المعاوقة السالبة INIC كمصدر تيار ثانٍ يمرر تيارًا "مساعدًا" $I -R$ عبر الحمل. ونتيجةً لذلك، يكون إجمالي التيار المتدفق عبر الحمل ثابتًا، وتزداد معاوقة الدائرة التي يراها مصدر الدخل. مع ذلك، لا يُستخدم مصدر تيار هاولاند على نطاق واسع لأنه يتطلب تطابقًا تامًا بين المقاومات الأربع، كما تنخفض معاوقته عند الترددات العالية. ^{[ 5 ]}

يُعدّ الحمل المؤرض ميزةً لهذا الحل الدائري.

مصادر التيار الكهربائي ذات التغذية الراجعة السلبية

تُنفذ هذه الدوائر كمُتابع جهد ذي تغذية عكسية سالبة متسلسلة، ويتم تشغيلها بواسطة مصدر جهد دخل ثابت (أي مُثبِّت جهد بتغذية عكسية سالبة ). يُحمَّل مُتابع الجهد بمقاومة ثابتة (مستشعرة للتيار) تعمل كمُحوِّل بسيط للتيار إلى جهد، موصولة في حلقة التغذية العكسية. يُوصَّل الحمل الخارجي لمصدر التيار هذا في مكان ما على مسار التيار المُغذِّي لمقاومة استشعار التيار، ولكن خارج حلقة التغذية العكسية.

يقوم مُتابع الجهد بضبط تيار الخرج $I OUT$ المار عبر الحمل بحيث يكون فرق الجهد $V R = I OUT R$ عبر مقاومة استشعار التيار R مساويًا لجهد الدخل الثابت $V IN$ . وبالتالي، يحافظ مُثبِّت الجهد على فرق جهد ثابت عبر مقاومة ثابتة؛ لذا، يمر تيار ثابت $I OUT = V R / R = V IN / R$ عبر المقاومة وعبر الحمل على التوالي.

إذا تغير جهد الدخل، فسيعمل هذا الترتيب كمحول جهد إلى تيار (مصدر تيار متحكم فيه بالجهد، VCCS)؛ ويمكن اعتباره محول تيار إلى جهد معكوس (عن طريق التغذية الراجعة السالبة). تحدد المقاومة R نسبة النقل ( الموصلية ).

تتميز مصادر التيار المنفذة كدوائر ذات تغذية راجعة سلبية متسلسلة بعيب يتمثل في أن انخفاض الجهد عبر مقاومة استشعار التيار يقلل من الجهد الأقصى عبر الحمل ( جهد الامتثال ).

مصادر تيار الترانزستور البسيطة

ثنائي تيار ثابت

البنية الداخلية لثنائي تحديد التيار

يتكون أبسط مصدر أو مصب تيار ثابت من عنصر واحد: ترانزستور JFET موصول بوابته بمصدره. عندما يصل جهد المصدر-المصب إلى قيمة دنيا معينة، يدخل الترانزستور في حالة التشبع حيث يكون التيار ثابتًا تقريبًا. يُعرف هذا التكوين باسم ثنائي التيار الثابت ، لأنه يتصرف بشكل مشابه لثنائي الجهد الثابت ( ثنائي زينر ) المستخدم في مصادر الجهد البسيطة.

نظراً للتغير الكبير في تيار التشبع لترانزستورات JFET، فمن الشائع أيضاً تضمين مقاومة المصدر (الموضحة في الصورة المجاورة) والتي تسمح بضبط التيار إلى القيمة المطلوبة.

مصدر تيار ثنائي زينر

في هذا التطبيق لترانزستور ثنائي القطب (BJT) (الشكل 4) للفكرة العامة المذكورة أعلاه، يقوم مُثبِّت جهد زينر (R1 وDZ1) بتشغيل مُتابِع الباعث (Q1) المُحمَّل بمقاومة باعث ثابتة (R2) لاستشعار تيار الحمل. يتم توصيل الحمل الخارجي (العائم) لمصدر التيار هذا بالمُجمِّع بحيث يمر تيار متساوٍ تقريبًا عبره وعبر مقاومة الباعث (يمكن اعتبارهما موصولين على التوالي). يقوم الترانزستور Q1 بضبط تيار الخرج (المُجمِّع) للحفاظ على انخفاض الجهد عبر مقاومة الباعث الثابتة R2 مساويًا تقريبًا لانخفاض الجهد الثابت نسبيًا عبر ثنائي زينر DZ1. ونتيجةً لذلك، يكون تيار الخرج ثابتًا تقريبًا حتى مع تغير مقاومة الحمل و/أو الجهد. سيتم شرح آلية عمل الدائرة بالتفصيل لاحقًا.

عند توصيل ثنائي زينر عكسيًا (كما هو موضح في الدائرة)، يكون فرق الجهد عبره ثابتًا بغض النظر عن شدة التيار المار فيه. وبالتالي، طالما أن تيار زينر ( $I Z$ ) أعلى من مستوى معين (يُسمى تيار التثبيت)، فإن الجهد عبر ثنائي زينر ( $V Z$ ) سيكون ثابتًا. يزود المقاوم R1 تيار زينر وتيار القاعدة ( $I B$ ) لترانزستور NPN (Q1). يُطبق جهد زينر الثابت عبر قاعدة Q1 ومقاومة الباعث R2.

يُعطى الجهد عبر المقاومة $R2$ $($ V $ R2 ) بالعلاقة$ $V Z - V BE$ ، حيث $V BE$ هو فرق الجهد بين قاعدة وباعث الترانزستور Q1. ويُعطى تيار باعث الترانزستور Q1، وهو نفسه التيار المار عبر المقاومة R2، بالعلاقة التالية:

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}}}}.

بما أن $V Z$ ثابت، و $V BE$ ثابت أيضًا (تقريبًا) عند درجة حرارة معينة، فإن $V R2$ ثابت، وبالتالي فإن $I E$ ثابت أيضًا. وبسبب عمل الترانزستور ، فإن تيار الباعث، $I E$ ، يساوي تقريبًا تيار المجمع، $I C$ ، للترانزستور (وهو بدوره التيار المار عبر الحمل). لذا، فإن تيار الحمل ثابت (مع إهمال مقاومة خرج الترانزستور بسبب تأثير إيرلي )، وتعمل الدائرة كمصدر تيار ثابت. طالما بقيت درجة الحرارة ثابتة (أو لم تتغير كثيرًا)، فسيكون تيار الحمل مستقلًا عن جهد التغذية، والمقاومة R1، وكسب الترانزستور. تسمح المقاومة R2 بضبط تيار الحمل على أي قيمة مرغوبة، ويتم حسابها بواسطة

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

حيث تبلغ قيمة $V BE$ عادةً 0.65 فولت لجهاز السيليكون. ^{[ 6 ]}

( يمثل $I R2$ أيضًا تيار الباعث، ويُفترض أنه يساوي تيار المُجمِّع أو تيار الحمل المطلوب، بشرط أن تكون $h FE$ كبيرة بما يكفي). تُحسب المقاومة $R 1 على النحو التالي:$

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

حيث $K$ = 1.2 إلى 2 (بحيث تكون $R R1$ منخفضة بما يكفي لضمان $I B$ كافية )،

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

و $h FE,min$ هو أدنى كسب تيار مقبول لنوع الترانزستور المحدد المستخدم.

مصدر تيار LED

يمكن استبدال ثنائي زينر بأي ثنائي آخر؛ على سبيل المثال، ثنائي باعث للضوء LED1 كما هو موضح في الشكل 5. يُستخدم انخفاض جهد LED ( $V D ) الآن لحساب الجهد الثابت، كما يتميز بميزة إضافية تتمثل في تتبع (تعويض) تغيرات$ $V BE$ الناتجة عن تغيرات درجة الحرارة. يتم حساب $R 2 على النحو التالي:$

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

و $R 1$ كـ

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

، حيث يمثل I _D تيار LED

مصدر تيار ترانزستور مع تعويض ثنائي

ستؤدي تغيرات درجة الحرارة إلى تغيير تيار الخرج الناتج عن الدائرة الموضحة في الشكل 4، لأن جهد القاعدة-الباعث $(VBE)$ حساس لدرجة الحرارة. يمكن تعويض هذا التأثير باستخدام الدائرة الموضحة في الشكل 6، والتي تتضمن ثنائيًا قياسيًا (D) (مصنوعًا من نفس مادة أشباه الموصلات المستخدمة في الترانزستور) موصولًا على التوالي مع ثنائي زينر كما هو موضح في الصورة على اليسار. يتتبع انخفاض جهد الثنائي ( $VD$ ) تغيرات $VBE$ الناتجة عن درجة الحرارة، وبالتالي يُعاكس بشكل كبير تأثير درجة الحرارة على تيار الدائرة القصيرة (CCS $)$ $.$

$يتم$ الآن حساب المقاومة $R2 على النحو التالي:$

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

بما أن $V D = V BE = 0.65 V$ , ^{[ 7 ]}

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

(في الواقع العملي، لا تساوي $V D أبدًا$ $V BE$ تمامًا ، وبالتالي فهي تكبح التغيير في $V BE$ بدلاً من إلغائه.)

يتم حساب $R$ $1 على النحو التالي$

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

(يظهر انخفاض الجهد الأمامي للثنائي المعوض، $V D$ ، في المعادلة، وهو عادةً 0.65 فولت لأجهزة السيليكون. ^{[ 7 ]} )

لاحظ أن هذا يعمل بشكل جيد فقط إذا كان DZ1 ثنائيًا مرجعيًا أو مصدر جهد ثابت آخر. مع استخدام ثنائيات زينر "العادية"، وخاصةً ذات جهد زينر المنخفض (<5 فولت)، قد يؤدي استخدام هذا الثنائي إلى تفاقم اعتمادية درجة الحرارة.

مرآة التيار مع تدهور الباعث

تُستخدم التغذية الراجعة السالبة المتسلسلة أيضًا في مرآة التيار ثنائية الترانزستور مع تدهور الباعث . وتُعدّ التغذية الراجعة السالبة ميزة أساسية في بعض مرايا التيار التي تستخدم ترانزستورات متعددة، مثل مصدر تيار ويدلار ومصدر تيار ويلسون .

مصدر تيار ثابت مع تعويض حراري

من عيوب الدوائر الموضحة في الشكلين 5 و6 أن التعويض الحراري غير كامل. ففي الترانزستورات ثنائية القطب، مع ارتفاع درجة حرارة الوصلة ، يقل انخفاض $الجهد$ $( Vbe$ ) بين القاعدة والباعث. في الدائرتين السابقتين، يؤدي انخفاض $Vbe$ $إلى$ زيادة الجهد عبر مقاومة الباعث، مما يؤدي بدوره إلى زيادة تيار المجمع المسحوب عبر الحمل. والنتيجة النهائية هي أن مقدار التيار "الثابت" المُزوَّد يعتمد، ولو جزئيًا، على درجة الحرارة. يتم تخفيف هذا التأثير إلى حد كبير، ولكن ليس كليًا، من خلال انخفاضات الجهد المقابلة للدايود D1 في الشكل 6، والثنائي الباعث للضوء LED1 في الشكل 5. إذا كان تبديد الطاقة في الجهاز النشط لدائرة التحكم في التيار (CCS) كبيرًا، أو إذا لم يتم استخدام انحلال كافٍ للباعث، فقد يصبح هذا الأمر مشكلة كبيرة.

تخيل في الشكل 5، عند بدء التشغيل، أن الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) موصول بجهد 1 فولت يُغذي قاعدة الترانزستور. عند درجة حرارة الغرفة، يكون هناك انخفاض في الجهد يبلغ حوالي 0.6 فولت عبر وصلة $V be$ ، وبالتالي 0.4 فولت عبر مقاومة الباعث، مما يُعطي تيارًا تقريبيًا للمجمع (الحمل) مقداره $0.4/R e$ أمبير. الآن، تخيل أن تبديد الطاقة في الترانزستور يُؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. هذا يُؤدي إلى انخفاض جهد $V be$ (الذي كان 0.6 فولت عند درجة حرارة الغرفة) إلى، على سبيل المثال، 0.2 فولت. الآن، أصبح الجهد عبر مقاومة الباعث 0.8 فولت، أي ضعف ما كان عليه قبل التسخين. هذا يعني أن تيار المجمع (الحمل) أصبح الآن ضعف القيمة التصميمية! هذا مثال متطرف بالطبع، ولكنه يُوضح المشكلة.

تتغلب الدائرة الموضحة على اليسار على مشكلة الحرارة (انظر أيضًا: تحديد التيار ). لفهم كيفية عمل الدائرة، افترض أنه تم تطبيق الجهد عند V+. يمر التيار عبر المقاومة R1 إلى قاعدة الترانزستور Q1، مما يؤدي إلى تشغيله وبدء تدفق التيار عبر الحمل إلى مجمع Q1. ثم يتدفق تيار الحمل نفسه من باعث Q1، وبالتالي عبر $المقاومة Rsens$ $إلى$ الأرض. عندما يكون هذا التيار المار عبر $Rsens$ $إلى$ الأرض كافيًا لإحداث انخفاض في الجهد يساوي انخفاض الجهد عند قاعدة الترانزستور $Q2$ $(Vbe)$ ، يبدأ Q2 في التشغيل. مع تشغيل Q2، يسحب تيارًا أكبر عبر مقاومة مجمعه R1، مما يحوّل جزءًا من التيار المحقون في قاعدة Q1، مما يؤدي إلى تقليل التيار المار عبر الحمل في Q1. هذا يُنشئ حلقة تغذية راجعة سالبة داخل الدائرة، مما يحافظ على الجهد عند باعث Q1 مساويًا تقريبًا لانخفاض الجهد عند $قاعدة$ $Q2 ( Vbe$ ). بما أن الترانزستور Q2 يبدد طاقة ضئيلة جدًا مقارنةً بالترانزستور Q1 (لأن تيار الحمل يمر عبر Q1 بالكامل، وليس Q2)، فلن يسخن Q2 بشكل ملحوظ، وسيظل جهد المرجع (ضبط التيار) عبر المقاومة Rsens ثابتًا عند ≈0.6 $فولت$ $،$ أي ما يعادل انخفاض جهد ثنائي واحد فوق الأرض، بغض النظر عن التغيرات الحرارية في انخفاض $جهد$ $القاعدة-الباعث (Vbe)$ للترانزستور Q1. ومع ذلك، تظل الدائرة حساسة لتغيرات درجة الحرارة المحيطة التي يعمل فيها الجهاز، حيث يتغير انخفاض جهد القاعدة-الباعث (BE) في Q2 بشكل طفيف مع تغير درجة الحرارة.

مصادر التيار باستخدام مكبرات العمليات

يمكن تحسين مصدر التيار البسيط للترانزستور الموضح في الشكل 4 بإدخال وصلة القاعدة-الباعث للترانزستور في حلقة التغذية الراجعة لمضخم العمليات (الشكل 7). عندئذٍ، يزيد مضخم العمليات جهد خرجه لتعويض انخفاض الجهد عند $القاعدة- الباعث$ . الدائرة عبارة عن مضخم غير عاكس مُخفَّف، يعمل بجهد دخل ثابت. ويحافظ على هذا الجهد الثابت عبر مقاومة الاستشعار الثابتة. ونتيجةً لذلك، يكون التيار المار عبر الحمل ثابتًا أيضًا؛ وهو يساوي جهد زينر مقسومًا على مقاومة الاستشعار. يمكن توصيل الحمل إما بالباعث (الشكل 7) أو بالمجمع (الشكل 4)، ولكنه في كلتا الحالتين يكون عائمًا كما هو الحال في جميع الدوائر المذكورة أعلاه. لا حاجة للترانزستور إذا لم يتجاوز التيار المطلوب قدرة مضخم العمليات على توفير التيار. تتناول المقالة الخاصة بمرآة التيار مثالًا آخر على ما يُسمى بمرايا التيار المُعززة .

مصادر التيار لمنظمات الجهد

يمكن تنفيذ نظام التغذية الراجعة السالبة العام باستخدام منظم جهد متكامل ( منظم الجهد LM317 في الشكل 8). وكما هو الحال مع مُتابع الباعث المكشوف ومُتابع مُضخم العمليات الدقيق المذكورين أعلاه، فإنه يحافظ على انخفاض جهد ثابت (1.25 فولت) عبر مقاومة ثابتة (1.25 أوم)؛ وبالتالي، يمر تيار ثابت (1 أمبير) عبر المقاومة والحمل. يضيء مؤشر LED عندما يتجاوز الجهد عبر الحمل 1.8 فولت (تُدخل دائرة المؤشر بعض الخطأ). يُعدّ الحمل المؤرض ميزة مهمة لهذا الحل.

أنابيب كوربيستور

توفر الأنابيب الزجاجية المملوءة بالنيتروجين ذات القطبين الكهربائيين وكمية بيكريل معايرة (انحلالات في الثانية) تبلغ ²²⁶ Ra عددًا ثابتًا من حاملات الشحنة في الثانية للتوصيل، وهو ما يحدد الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يمرره الأنبوب على مدى جهد من 25 إلى 500 فولت. ^{[ 8 ]}

مقارنة مصادر التيار والجهد

الشكل 9: مصدر تيار كهربائي $I_{\rm {no}}$ مع مقاومة المصدر المتوازي $R_{\rm {no}}$ يمكن تحويلها إلى مكافئ ثيفينين لمصدر الجهد $V_{\rm {th}}=I_{\rm {no}}R_{\rm {no}}$ مع مقاومة متسلسلة مكافئة $R_{\rm {th}}$ . كما أن عملية التحويل تعمل في الاتجاه المعاكس.

{\displaystyle I_{\rm {no}}} — الشكل 9: مصدر تيار كهربائي $I_{\rm {no}}$ مع مقاومة المصدر المتوازي $R_{\rm {no}}$ يمكن تحويلها إلى مكافئ ثيفينين لمصدر الجهد $V_{\rm {th}}=I_{\rm {no}}R_{\rm {no}}$ مع مقاومة متسلسلة مكافئة $R_{\rm {th}}$ . كما أن عملية التحويل تعمل في الاتجاه المعاكس.

تُعدّ معظم مصادر الطاقة الكهربائية ( كالكهرباء المنزلية والبطاريات وغيرها ) أفضل نموذجٍ لها كمصادر جهد ، إلا أن بعضها (وخاصةً الخلايا الشمسية ) يُفضّل تمثيلها باستخدام مصادر تيار. أحيانًا يكون من الأسهل اعتبار مصدر التيار مصدر جهد والعكس صحيح (انظر التحويل في الشكل 9) باستخدام نظريتي نورتون وثيفينين .

توفر مصادر الجهد جهد خرج ثابتًا تقريبًا طالما كان التيار المسحوب من المصدر ضمن نطاق قدرته. مصدر الجهد المثالي المحمل بدائرة مفتوحة (أي بمقاومة لانهائية ) لا يُنتج أي تيار (وبالتالي لا طاقة). ولكن عندما تقترب مقاومة الحمل من الصفر ( دائرة قصر )، يقترب التيار (وبالتالي الطاقة) من اللانهاية. يتميز هذا الجهاز النظري بمقاومة خرج صفرية موصولة على التوالي مع المصدر. أما مصادر الجهد في الواقع العملي، فلها مقاومة خرج غير صفرية ، ويفضل أن تكون منخفضة جدًا (غالبًا أقل بكثير من 1 أوم).

على النقيض، يوفر مصدر التيار تيارًا ثابتًا، طالما كانت مقاومة الحمل أقل بكثير من مقاومة مصدر التيار المتوازية (والتي يُفضل أن تكون عالية جدًا، ومثاليًا لا نهائية). في حالة مصادر التيار الترانزستورية، تكون المقاومات النموذجية بضعة ميغا أوم (عند الترددات المنخفضة). ولأن القدرة تساوي مربع التيار مضروبًا في المقاومة، فعندما تقترب مقاومة الحمل المتصل بمصدر التيار من الصفر (دائرة قصر)، يقترب كل من التيار والقدرة من الصفر.

لا وجود لمصادر تيار مثالية . فلو افترضنا توصيل مصدر تيار مثالي بدائرة مفتوحة، لظهرت مفارقة تتمثل في مرور تيار ثابت غير صفري (من مصدر التيار) عبر عنصر ذي تيار صفري محدد (الدائرة المفتوحة). عندما تقترب مقاومة الحمل في مصدر التيار المثالي من اللانهاية (الدائرة المفتوحة)، سيقترب الجهد عبر الحمل من اللانهاية (لأن الجهد يساوي التيار مضروبًا في المقاومة )، وبالتالي ستقترب القدرة المسحوبة أيضًا من اللانهاية. أما تيار مصدر التيار الحقيقي المتصل بدائرة مفتوحة، فسيمر عبر المعاوقة الداخلية المتوازية لمصدر التيار (ويُهدر على شكل حرارة).

وبالمثل، لا توجد مصادر جهد مثالية . إن توصيل مصدر جهد مثالي بدائرة قصر مثالية سيؤدي افتراضياً إلى مفارقة مماثلة تتمثل في وجود جهد غير صفري محدود عبر عنصر ذي جهد صفري محدد (دائرة القصر).

كما لا يجوز توصيل مصادر الجهد الكهربائي بالتوازي مع مصادر جهد أخرى ذات جهود مختلفة، لا يجوز أيضًا توصيل مصادر التيار الكهربائي بالتوالي مع مصادر تيار أخرى. تجدر الإشارة إلى أن بعض الدوائر تستخدم عناصر مشابهة لمصادر الجهد أو التيار الكهربائي ، ولكنها ليست مطابقة لها تمامًا ، وقد تعمل عند توصيلها بطرق غير مسموح بها في مصادر الجهد أو التيار الكهربائي الحقيقية. كذلك، وكما يمكن توصيل مصادر الجهد الكهربائي بالتوالي لجمع جهودها، يمكن توصيل مصادر التيار الكهربائي بالتوازي لجمع تياراتها.

شحن مكثف

بما أن شحنة المكثف تساوي تكامل التيار بالنسبة للزمن ، فإن مصدر تيار ثابت مثالي يشحن المكثف خطيًا مع الزمن، بغض النظر عن أي مقاومة متسلسلة. على سبيل المثال، يستخدم محول ويلكنسون التناظري الرقمي هذا السلوك الخطي لقياس جهد غير معروف عن طريق قياس الزمن اللازم لمصدر تيار لشحن المكثف إلى ذلك الجهد. أما مصدر الجهد، فيشحن المكثف عبر مقاومة بطريقة غير خطية مع الزمن ، لأن تيار الشحن من مصدر الجهد يتناقص أُسّيًا مع الزمن.

انظر أيضاً

تيار ثابت
تحديد التيار
حلقة التيار
مرآة التيار
مصادر التيارات الكهربائية ومصارفها
جسر فونتانا ، مصدر تيار معوض
مقاوم حديدي هيدروجيني
مفاعل قابل للتشبع
محول الجهد إلى التيار
مصدر طاقة اللحام ، وهو جهاز يستخدم في لحام القوس الكهربائي ، والعديد منها مصمم كأجهزة تيار ثابت.
مصدر تيار ويدلار

مراجع

↑ "موسفتات الطاقة من نوع الاستنزاف: موسفت المنسي - مقالات تقنية" . eepower.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-06-2026 .
↑ مصدر تيار ثنائي الجانب من نوع ويدلار. مؤرشف بتاريخ 7 يونيو 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
↑ "AN-1515 دراسة شاملة لمضخة تيار هاولاند" (ملف PDF). شركة تكساس إنسترومنتس، 2013.
↑ ضع في اعتبارك مُكامل "Deboo" أحادي المصدر
↑ هورويتز ، بول؛ وينفيلد هيل (1989). فن الإلكترونيات، الطبعة الثانية . المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 182. ISBN 0521370957.
↑ تتغير قيمة $V BE$ لوغاريتميًا مع مستوى التيار: لمزيد من التفاصيل، انظر نمذجة الثنائي .
1 2 انظر الملاحظة أعلاه حول الاعتماد اللوغاريتمي للتيار.
↑ "Tung-Sol: Curpistor, minute current regulator data sheet" (PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 مايو 2013 .

للمزيد من القراءة

"مصادر التيار ومراجع الجهد" ليندن ت. هاريسون؛ منشورات إلسيفير-نيونز 2005؛ 608 صفحة؛ رقم ISBN 0-7506-7752-X

روابط خارجية

مصادر التيار ومرايا التيار
FET مصدر/محدد التيار المستمر - Vishay
مصدر التيار JFET ومحاكاة pSpice مؤرشفة بتاريخ 15 نوفمبر 2016 على موقع Wayback Machine
استخدام مصادر/مصارف/مرايا التيار في الصوت (مؤرشف بتاريخ 17 يوليو 2019 على موقع Wayback Machine)
مكبرات تفاضلية ومصادر تيار

[1] "موسفتات الطاقة من نوع الاستنزاف: موسفت المنسي - مقالات تقنية" . eepower.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-06-2026 .

[2] مصدر تيار ثنائي الجانب من نوع ويدلار. مؤرشف بتاريخ 7 يونيو 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .

[3] "AN-1515 دراسة شاملة لمضخة تيار هاولاند" (ملف PDF). شركة تكساس إنسترومنتس، 2013.

[4] ضع في اعتبارك مُكامل "Deboo" أحادي المصدر

[Horowitz2-5] هورويتز ، بول؛ وينفيلد هيل (1989). فن الإلكترونيات، الطبعة الثانية . المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 182. ISBN 0521370957.

[6] تتغير قيمة $V BE$ لوغاريتميًا مع مستوى التيار: لمزيد من التفاصيل، انظر نمذجة الثنائي .

[Seeabove-7] 1 2 انظر الملاحظة أعلاه حول الاعتماد اللوغاريتمي للتيار.

[8] "Tung-Sol: Curpistor, minute current regulator data sheet" (PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 مايو 2013 .

[

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗