ראי זרם

ראי זרם הוא מעגל חשמלי שבו הזרם החשמלי דרך רכיב אחד נקבע על ידי הזרם דרך רכיב אחר, ולא על ידי המתח החשמלי עליו. ראי הזרם מתאים לשמש כמקור זרם משום שהוא יכול לספק זרם קבוע ללא תלות בעכבת העומס.

מאפיינים

ראי הזרם מאופיין על ידי גודל הזרם במוצאו, או על ידי התלות בין הזרם במוצאו לזרם, מתח או התנגדות ייחוס המשמשים לקביעתו. באות גדול ראי הזרם הוא בקירוב מקור זרם, אך אין זה מקור זרם אידיאלי: יש לו התנגדות יציאה סופית וכמו כן יש לו תגובת תדר כתוצאה מקיבולים פרזיטיים בטרנזיסטורים. באות קטן, ראי הזרם הוא בקירוב השקול נורטון שלו. התנגדות היציאה בזרם חילופין קובעת את היכולת של הזרם להישאר קבוע עם שינוי המתח הנופל על ראי הזרם. קיים מתח מינימלי שנדרש להפיל על הראי על מנת שמצב הפעולה של הטרנזיסטורים יהיה פעיל.

מימוש

ראי זרם פשוט ממומש בעזרת טרנזיסטורים ביפולריים. הוא מורכב משני טרנזיסטורים ביפולריים, Q₁ ו-Q₂ (במקרה שבאיור מסוג NPN) שבסיסיהם מקוצרים. הקולט של Q₁ מקוצר לבסיס שלו בחיבור הנקרא חיבור דיודי שכופה עליו להיות במצב פעיל קדמי. הקולט מחובר דרך נגד למקור מתח, והפולטים של שני הטרנזיסטורים מוארקים. בידיעת הגבר הזרם של הטרנזיסטור $\beta$ והמתח שנופל בין הבסיס לפולט במצב פעיל קדמי, ניתן לחשב את זרם הייחוס $I_{REF}$ בעזרת חוקי קירכהוף. כלומר, נקודת העבודה של הטרנזיסטור Q₁ נקבעת רק על ידי מקור המתח והתנגדות הנגד שמחובר לו לקולט.

הן הבסיסים של שני הטרנזיסטורים והן הפולטים שלהם מקוצרים זה לזה. במצב פעיל קדמי האופיין של טרנזיסטור ביפולרי תלוי בקירוב רק במתח בין הבסיס לפולט, ולכן הזרמים דרך שני הטרנזיסטורים שווים בהנחה שהגברי הזרם שלהם $\beta$ שווים. כך, הזרם שזורם דרך Q₂ לא תלוי במתח הנופל בין הקולט לפולט שלו או בנגד עומס שמחברים אליו, והוא נשאר בקירוב קבוע.

ההספק החשמלי מסופק למעגל ממקור המתח $V_{CC}$ , אך המעגל מתפקד כמקור זרם עם זרם $I_{OUT}$ .