Rev Author Line No. Line
331 miho 1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
85 miho 2 <html>
3 <head>
187 miho 4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
5 <title> Proudové zrcadlo </title>
6 <meta name="keywords" content="stavebnice MLAB proudové zrcadlo">
7 <meta name="description" content="Projekt MLAB, Proudové zrcadlo">
8 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
9 <link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl">
381 miho 10 <link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB_Print.css" type="text/css" media="print">
211 miho 11 <link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="../../../../Web/PIC/MLAB.ico">
187 miho 12 <script type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
13 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 14 </head>
15  
16 <body lang="cs">
17  
187 miho 18 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
19 <!-- ============== HLAVICKA ============== -->
85 miho 20 <div class="Header">
21 <script type="text/javascript">
22 <!--
23 SetRelativePath("../../../../");
187 miho 24 DrawHeader();
85 miho 25 // -->
26 </script>
27 <noscript>
187 miho 28 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
85 miho 29 </noscript>
30 </div>
187 miho 31 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 32  
187 miho 33 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
85 miho 34 <!-- ============== MENU ============== -->
35 <div class="Menu">
36 <script type="text/javascript">
37 <!--
187 miho 38 SetRelativePath("../../../../");
85 miho 39 DrawMenu();
40 // -->
41 </script>
42 <noscript>
187 miho 43 <p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>
85 miho 44 </noscript>
45 </div>
187 miho 46 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 47  
187 miho 48 <!-- ============== TEXT ============== -->
85 miho 49 <div class="Text">
187 miho 50 <p class="Title">
148 miho 51 Proudové zrcadlo
85 miho 52 </p>
187 miho 53 <p class=Autor>
85 miho 54 Milan Horkel
55 </p>
56 <p class="Subtitle">
190 miho 57 Zdroje proudu jsou při konstrukci integrovaných obvodů asi stejně
58 důležité, jako obyčejný rezistor pro běžné tranzistorové obvody.
59 Zdroje proudu se často používají místo zatěžovacích odporů
60 v&nbsp;kolektorech zesilovacích stupňů a v&nbsp;diferenciálních
187 miho 61 stupních (operačních) zesilovačů.
85 miho 62 </p>
63 <p>
190 miho 64 <a href="../Proudové zrcadlo.pdf"><img class="NoBorder"
187 miho 65 src="../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
190 miho 66 alt="Acrobat">&nbsp;PDF verze</a>
85 miho 67 </p>
187 miho 68  
69 <h1> Jednoduchý zdroj proudu </h1>
70  
85 miho 71 <p>
187 miho 72 <img width=242 height=255 src="Pictures/image001.gif"
73 alt="Zdroj proudu jako nabíječ akumulátorů">
74 <img width=234 height=255 src="Pictures/image002.gif"
75 alt="Zjednodušený zdroj proudu">
85 miho 76 </p>
190 miho 77  
85 miho 78 <p>
190 miho 79 Tento zdroj proudu funguje tak, že se napětí na Zenerově diodě zesiluje
80 emitorovým sledovačem (zesilovačem se společným kolektorem) tak, že
81 na odporu Re je napětí Uz zmenšené o úbytek na přechodu B-E (cca 0.7V).
82 Pokud toto napětí klesne, poteče větší proud přechodem B-E a tranzistor
187 miho 83 se bude otevírat a bude tak do Re propouštět větší proud a naopak.
85 miho 84 </p>
187 miho 85  
85 miho 86 <p>
190 miho 87 Protože proud kolektorem je prakticky stejný jako proud emitorem
187 miho 88 (je menší o proud báze, který je beta krát menší) bude se tranzistor
89 otevírat a zavírat tak, aby proud zátěží byl stále stejný.
85 miho 90 </p>
187 miho 91  
85 miho 92 <p>
190 miho 93 Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíječku NiCd
187 miho 94 akumulátorů v&nbsp;režimu konstantního proudu.
85 miho 95 </p>
187 miho 96  
85 miho 97 <p>
190 miho 98 Zdroj proudu může fungovat pouze v&nbsp;případě, že je napájecí
187 miho 99 dostatečně velké na to, aby při nastaveném proudu zbylo ještě nějaké
100 napětí i na tranzistor.
85 miho 101 </p>
187 miho 102  
85 miho 103 <p>
190 miho 104 Velikost napájecího napětí je omezeno maximálním napětím, které
105 tranzistor snese a maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru
187 miho 106 uchladit.
85 miho 107 </p>
187 miho 108  
85 miho 109 <p>
187 miho 110 <img width=359 height=166 src="Pictures/image003.gif"
190 miho 111 alt="Zdroj proudu s integrovaným stabilizátorem napětí">
85 miho 112 </p>
190 miho 113  
85 miho 114 <p>
190 miho 115 To je principálně stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovat
116 mezi vývody OUT a ADJ konstantní napětí 1.25V. Tím je dán proud
117 rezistorem Re a tím i zátěží. Přesnost je zde poněkud zhoršena proudem
187 miho 118 Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru.
85 miho 119 </p>
187 miho 120  
121 <h1> Tranzistor jako dioda </h1>
190 miho 122  
85 miho 123 <p>
187 miho 124 <img width=107 height=255 src="Pictures/image004.gif"
125 alt="Tranzistor zapojený jako dioda">
85 miho 126 </p>
187 miho 127  
85 miho 128 <p>
190 miho 129 U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem
130 P rozdělí na proud báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího
187 miho 131 činitele tranzistoru:
85 miho 132 </p>
187 miho 133  
85 miho 134 <p>
187 miho 135 <img width=73 height=19 src="Pictures/image005.gif"
136 alt="Vzorec Ic = I21e * Ib">
85 miho 137 </p>
187 miho 138  
85 miho 139 <p>
187 miho 140 Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napětí na bázi
141 (a kolektoru) zmenší na cca 0.7V.
85 miho 142 </p>
187 miho 143  
85 miho 144 <p>
190 miho 145 Takto zapojený tranzistor se běžně objevuje v&nbsp;integrovaných obvodech
187 miho 146 v&nbsp;místech, kde je potřeba posunout napětí o cca 0.7V.
85 miho 147 </p>
187 miho 148  
149 <h1> Proudové zrcadlo</h1>
150  
151 <img width=193 height=215 src="Pictures/image006.gif"
152 alt="Schéma proudového zrcadla">
153  
85 miho 154 <p>
190 miho 155 Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud
156 Iref na vstupu určuje proud zátěží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné
187 miho 157 a mají stejnou teplotu bude:
85 miho 158 </p>
187 miho 159  
85 miho 160 <p>
187 miho 161 <img width=48 height=19 src="Pictures/image007.gif"
162 alt="Vzorec Iz je přiblyžně Iref">
85 miho 163 </p>
187 miho 164  
85 miho 165 <p>
190 miho 166 První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné
167 a mají stejnou teplotu poteče do báze druhého tranzistoru stejný proud
187 miho 168 jako do prvního tranzistoru.
85 miho 169 </p>
187 miho 170  
85 miho 171 <p>
187 miho 172 <img width=51 height=19 src="Pictures/image008.gif"
173 alt="Vzorec Ib1 je přibližně shodné s Ib2">
85 miho 174 </p>
187 miho 175  
85 miho 176 <p>
148 miho 177 Tím je druhý tranzistor otevřený pro stejný proud jako tranzistor první.
85 miho 178 </p>
187 miho 179  
85 miho 180 <p>
187 miho 181 <img width=199 height=250 src="Pictures/image009.gif"
182 alt="Schéma proudového zrcadla s hodnotami proudu">
85 miho 183 </p>
190 miho 184  
185 <p>
186 Toto je stejné zapojení ale s&nbsp;konkrétními proudy a napětími.
187 Je vidět, že převodní poměr zrcadla není přesně 1:1 ale část
188 referenčního proudu se spotřebuje pro napájení bází obou tranzistorů.
187 miho 189 Přesnost je tím lepší, čím je větší zesílení obou tranzistorů.
85 miho 190 </p>
187 miho 191  
85 miho 192 <p>
190 miho 193 U integrovaných obvodů je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen,
187 miho 194 ale je snadné vyrobit tranzistory, které jsou stejné.
85 miho 195 </p>
187 miho 196  
85 miho 197 <p>
187 miho 198 <img width=244 height=250 src="Pictures/image010.gif"
199 alt="Schéma vícenásobného proudového zrcadla">
85 miho 200 </p>
190 miho 201  
85 miho 202 <p>
190 miho 203 Pokud vezmeme dva obyčejné tranzistory bude převodní poměr zrcadla
204 určitě jiný než 1:1 ale zrcadlo bude pěkně fungovat. Vážným problémem
205 ale bude udržení shodné teploty obou tranzistorů. Protože na teplotě
206 závisí napětí Ube (vyšší teplota znamená nižší napětí na diodě Ube)
207 bude se převodní poměr zrcadla měnit s&nbsp;rozdílem teploty obou
187 miho 208 tranzistorů.
85 miho 209 </p>
187 miho 210  
85 miho 211 <p>
190 miho 212 Zrcadlo může zrcadlit referenční proud do většího počtu výstupů.
187 miho 213 Tranzistor Q2 není nijak zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla
214 průchozí aby bylo schéma přehlednější.
85 miho 215 </p>
187 miho 216  
85 miho 217 <p>
190 miho 218 Pokud konstruktér integrovaného obvodu potřebuje jiný převodní poměr
187 miho 219 než 1:1 tak udělá některé výstupní tranzistoru větší a některé
190 miho 220 menší.
85 miho 221 </p>
187 miho 222  
85 miho 223 <p>
190 miho 224 Větší tranzistor si můžeme představit jako několik malých tranzistorů
187 miho 225 spojených paralelně. Tedy i výstupní proud bude větší.
85 miho 226 </p>
187 miho 227  
85 miho 228 <p>
187 miho 229 <img width=212 height=250 src="Pictures/image011.gif"
230 alt="Zlepšené proudové zrcadlo">
85 miho 231 </p>
190 miho 232  
85 miho 233 <p>
190 miho 234 Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit přesnost zrcadlení referenčního
235 proudu. Tranzistor Q3 funguje jako emitorový sledovač a napájí báze
187 miho 236 Q1 a Q2 aniž by podstatně užíral referenční proud.
85 miho 237 </p>
187 miho 238  
85 miho 239 <p>
148 miho 240 Napětí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.
85 miho 241 </p>
187 miho 242  
243 <h1> Kde se proudové zrcadlo používá </h1>
244  
85 miho 245 <p>
190 miho 246 Stručně řečeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových
187 miho 247 integrovaných obvodech i v&nbsp;mnohých číslicových integrovaných
190 miho 248 obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu jako zátěže
249 pro tranzistory, které zesilují užitečný signál přináší obrovské
187 miho 250 výhody:
85 miho 251 </p>
187 miho 252  
253 <ul>
254 <li> Zesilovače zesilují nezávisle na velikosti napájecího napětí</li>
255 <li> Zesilovače mohou zesilovat velké signály bez zkreslení </li>
256 <li> Rozkmit signálů může být téměř přes celý rozsah napájení</li>
257 <li> Obvod se obejde bez rezistorů, které zabírají velkou plochu na čipu</li>
85 miho 258 </ul>
187 miho 259  
85 miho 260 <p>
190 miho 261 Podíváme se na zapojení jednoduchého komparátoru LM339.
262 Komparátor je obvod, který na svém výstupu indikuje polaritu napětí
263 mezi svými vstupy. Velkému napětí na + vstupu odpovídá velké napětí
264 na výstupu. Přesněji, pokud je napětí na +&nbsp; vstupu větší než na
265 –&nbsp; vstupu je na výstupu velké napětí (rozpojený výstupní tranzistor)
187 miho 266 a naopak.
85 miho 267 </p>
187 miho 268  
85 miho 269 <p>
187 miho 270 <img width=325 height=219 src="Pictures/image012.jpg"
271 alt="Vnitřní zapojení komparátoru">
272 <img width=367 height=333 src="Pictures/image013.jpg"
273 alt="Vnitřní zapojení komparátoru">
85 miho 274 </p>
190 miho 275  
85 miho 276 <p>
187 miho 277 Obvod Q13, R1,D5, D6 tvoří jednoduchý proudový zdroj. Proud určuje R1
278 na kterém bude cca 0.7V.
85 miho 279 </p>
187 miho 280  
85 miho 281 <p>
187 miho 282 Odpor R2 je startovací. Bez něho by po zapnutí napájení IO
283 nezačal fungovat protože by všechny tranzistory zůstaly zavřené.
85 miho 284 </p>
187 miho 285  
85 miho 286 <p>
190 miho 287 Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoří proudové zrcadlo a napájí příslušné
187 miho 288 části obvodu.
85 miho 289 </p>
187 miho 290  
85 miho 291 <p>
190 miho 292 Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatěžovací
187 miho 293 odpory vstupním tranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jako
294 rozdílový zesilovač.
85 miho 295 </p>
187 miho 296  
85 miho 297 <p>
187 miho 298 Druhý obvod je to samé ale z&nbsp;katalogu jiného výrobce.
190 miho 299 Často se pomocné obvody v&nbsp;integrovaných obvodech kreslí
187 miho 300 zjednodušeně nebo se nekreslí vůbec (například různé ochranné obvody).
85 miho 301 </p>
187 miho 302  
85 miho 303 <p>
190 miho 304 Proudové zdroje různí výrobci kreslí různě. Tady jsou některé
187 miho 305 z&nbsp;běžných možností:
85 miho 306 </p>
187 miho 307  
85 miho 308 <p>
187 miho 309 <img width=64 height=41 src="Pictures/image014.jpg"
310 alt="Schématická značka proudového zdroje">
311 <img width=68 height=40 src="Pictures/image015.jpg"
312 alt="Schématická značka proudového zdroje">
313 <img width=44 height=40 src="Pictures/image016.jpg"
314 alt="Schématická značka proudového zdroje">
315 <img width=29 height=41 src="Pictures/image017.jpg"
316 alt="Schématická značka proudového zdroje">
85 miho 317 </p>
187 miho 318  
85 miho 319 </div>
320  
187 miho 321 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
322 <!-- ============== PATIČKA ============== -->
323 <div class="Footer">
85 miho 324 <script type="text/javascript">
325 <!--
187 miho 326 SetRelativePath("../../../../");
85 miho 327 DrawFooter();
328 // -->
329 </script>
330 <noscript>
187 miho 331 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
85 miho 332 </noscript>
333 </div>
187 miho 334 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 335  
336 </body>
337 </html>