Rev Author Line No. Line
187 miho 1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3c.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">
10 <link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="Web/PIC/MLAB.ico">
11 <script type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
12 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 13 </head>
14  
15 <body lang="cs">
16  
187 miho 17 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
18 <!-- ============== HLAVICKA ============== -->
85 miho 19 <div class="Header">
20 <script type="text/javascript">
21 <!--
22 SetRelativePath("../../../../");
187 miho 23 DrawHeader();
85 miho 24 // -->
25 </script>
26 <noscript>
187 miho 27 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
85 miho 28 </noscript>
29 </div>
187 miho 30 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 31  
187 miho 32 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
85 miho 33 <!-- ============== MENU ============== -->
34 <div class="Menu">
35 <script type="text/javascript">
36 <!--
187 miho 37 SetRelativePath("../../../../");
85 miho 38 DrawMenu();
39 // -->
40 </script>
41 <noscript>
187 miho 42 <p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p>
85 miho 43 </noscript>
44 </div>
187 miho 45 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 46  
187 miho 47 <!-- ============== TEXT ============== -->
85 miho 48 <div class="Text">
187 miho 49 <p class="Title">
148 miho 50 Proudové zrcadlo
85 miho 51 </p>
187 miho 52 <p class=Autor>
85 miho 53 Milan Horkel
54 </p>
55 <p class="Subtitle">
190 miho 56 Zdroje proudu jsou při konstrukci integrovaných obvodů asi stejně
57 důležité, jako obyčejný rezistor pro běžné tranzistorové obvody.
58 Zdroje proudu se často používají místo zatěžovacích odporů
59 v&nbsp;kolektorech zesilovacích stupňů a v&nbsp;diferenciálních
187 miho 60 stupních (operačních) zesilovačů.
85 miho 61 </p>
62 <p>
190 miho 63 <a href="../Proudové zrcadlo.pdf"><img class="NoBorder"
187 miho 64 src="../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
190 miho 65 alt="Acrobat">&nbsp;PDF verze</a>
85 miho 66 </p>
187 miho 67  
68 <h1> Jednoduchý zdroj proudu </h1>
69  
85 miho 70 <p>
187 miho 71 <img width=242 height=255 src="Pictures/image001.gif"
72 alt="Zdroj proudu jako nabíječ akumulátorů">
73 <img width=234 height=255 src="Pictures/image002.gif"
74 alt="Zjednodušený zdroj proudu">
85 miho 75 </p>
190 miho 76  
85 miho 77 <p>
190 miho 78 Tento zdroj proudu funguje tak, že se napětí na Zenerově diodě zesiluje
79 emitorovým sledovačem (zesilovačem se společným kolektorem) tak, že
80 na odporu Re je napětí Uz zmenšené o úbytek na přechodu B-E (cca 0.7V).
81 Pokud toto napětí klesne, poteče větší proud přechodem B-E a tranzistor
187 miho 82 se bude otevírat a bude tak do Re propouštět větší proud a naopak.
85 miho 83 </p>
187 miho 84  
85 miho 85 <p>
190 miho 86 Protože proud kolektorem je prakticky stejný jako proud emitorem
187 miho 87 (je menší o proud báze, který je beta krát menší) bude se tranzistor
88 otevírat a zavírat tak, aby proud zátěží byl stále stejný.
85 miho 89 </p>
187 miho 90  
85 miho 91 <p>
190 miho 92 Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíječku NiCd
187 miho 93 akumulátorů v&nbsp;režimu konstantního proudu.
85 miho 94 </p>
187 miho 95  
85 miho 96 <p>
190 miho 97 Zdroj proudu může fungovat pouze v&nbsp;případě, že je napájecí
187 miho 98 dostatečně velké na to, aby při nastaveném proudu zbylo ještě nějaké
99 napětí i na tranzistor.
85 miho 100 </p>
187 miho 101  
85 miho 102 <p>
190 miho 103 Velikost napájecího napětí je omezeno maximálním napětím, které
104 tranzistor snese a maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru
187 miho 105 uchladit.
85 miho 106 </p>
187 miho 107  
85 miho 108 <p>
187 miho 109 <img width=359 height=166 src="Pictures/image003.gif"
190 miho 110 alt="Zdroj proudu s integrovaným stabilizátorem napětí">
85 miho 111 </p>
190 miho 112  
85 miho 113 <p>
190 miho 114 To je principálně stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovat
115 mezi vývody OUT a ADJ konstantní napětí 1.25V. Tím je dán proud
116 rezistorem Re a tím i zátěží. Přesnost je zde poněkud zhoršena proudem
187 miho 117 Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru.
85 miho 118 </p>
187 miho 119  
120 <h1> Tranzistor jako dioda </h1>
190 miho 121  
85 miho 122 <p>
187 miho 123 <img width=107 height=255 src="Pictures/image004.gif"
124 alt="Tranzistor zapojený jako dioda">
85 miho 125 </p>
187 miho 126  
85 miho 127 <p>
190 miho 128 U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem
129 P rozdělí na proud báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího
187 miho 130 činitele tranzistoru:
85 miho 131 </p>
187 miho 132  
85 miho 133 <p>
187 miho 134 <img width=73 height=19 src="Pictures/image005.gif"
135 alt="Vzorec Ic = I21e * Ib">
85 miho 136 </p>
187 miho 137  
85 miho 138 <p>
187 miho 139 Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napětí na bázi
140 (a kolektoru) zmenší na cca 0.7V.
85 miho 141 </p>
187 miho 142  
85 miho 143 <p>
190 miho 144 Takto zapojený tranzistor se běžně objevuje v&nbsp;integrovaných obvodech
187 miho 145 v&nbsp;místech, kde je potřeba posunout napětí o cca 0.7V.
85 miho 146 </p>
187 miho 147  
148 <h1> Proudové zrcadlo</h1>
149  
150 <img width=193 height=215 src="Pictures/image006.gif"
151 alt="Schéma proudového zrcadla">
152  
85 miho 153 <p>
190 miho 154 Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud
155 Iref na vstupu určuje proud zátěží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné
187 miho 156 a mají stejnou teplotu bude:
85 miho 157 </p>
187 miho 158  
85 miho 159 <p>
187 miho 160 <img width=48 height=19 src="Pictures/image007.gif"
161 alt="Vzorec Iz je přiblyžně Iref">
85 miho 162 </p>
187 miho 163  
85 miho 164 <p>
190 miho 165 První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné
166 a mají stejnou teplotu poteče do báze druhého tranzistoru stejný proud
187 miho 167 jako do prvního tranzistoru.
85 miho 168 </p>
187 miho 169  
85 miho 170 <p>
187 miho 171 <img width=51 height=19 src="Pictures/image008.gif"
172 alt="Vzorec Ib1 je přibližně shodné s Ib2">
85 miho 173 </p>
187 miho 174  
85 miho 175 <p>
148 miho 176 Tím je druhý tranzistor otevřený pro stejný proud jako tranzistor první.
85 miho 177 </p>
187 miho 178  
85 miho 179 <p>
187 miho 180 <img width=199 height=250 src="Pictures/image009.gif"
181 alt="Schéma proudového zrcadla s hodnotami proudu">
85 miho 182 </p>
190 miho 183  
184 <p>
185 Toto je stejné zapojení ale s&nbsp;konkrétními proudy a napětími.
186 Je vidět, že převodní poměr zrcadla není přesně 1:1 ale část
187 referenčního proudu se spotřebuje pro napájení bází obou tranzistorů.
187 miho 188 Přesnost je tím lepší, čím je větší zesílení obou tranzistorů.
85 miho 189 </p>
187 miho 190  
85 miho 191 <p>
190 miho 192 U integrovaných obvodů je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen,
187 miho 193 ale je snadné vyrobit tranzistory, které jsou stejné.
85 miho 194 </p>
187 miho 195  
85 miho 196 <p>
187 miho 197 <img width=244 height=250 src="Pictures/image010.gif"
198 alt="Schéma vícenásobného proudového zrcadla">
85 miho 199 </p>
190 miho 200  
85 miho 201 <p>
190 miho 202 Pokud vezmeme dva obyčejné tranzistory bude převodní poměr zrcadla
203 určitě jiný než 1:1 ale zrcadlo bude pěkně fungovat. Vážným problémem
204 ale bude udržení shodné teploty obou tranzistorů. Protože na teplotě
205 závisí napětí Ube (vyšší teplota znamená nižší napětí na diodě Ube)
206 bude se převodní poměr zrcadla měnit s&nbsp;rozdílem teploty obou
187 miho 207 tranzistorů.
85 miho 208 </p>
187 miho 209  
85 miho 210 <p>
190 miho 211 Zrcadlo může zrcadlit referenční proud do většího počtu výstupů.
187 miho 212 Tranzistor Q2 není nijak zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla
213 průchozí aby bylo schéma přehlednější.
85 miho 214 </p>
187 miho 215  
85 miho 216 <p>
190 miho 217 Pokud konstruktér integrovaného obvodu potřebuje jiný převodní poměr
187 miho 218 než 1:1 tak udělá některé výstupní tranzistoru větší a některé
190 miho 219 menší.
85 miho 220 </p>
187 miho 221  
85 miho 222 <p>
190 miho 223 Větší tranzistor si můžeme představit jako několik malých tranzistorů
187 miho 224 spojených paralelně. Tedy i výstupní proud bude větší.
85 miho 225 </p>
187 miho 226  
85 miho 227 <p>
187 miho 228 <img width=212 height=250 src="Pictures/image011.gif"
229 alt="Zlepšené proudové zrcadlo">
85 miho 230 </p>
190 miho 231  
85 miho 232 <p>
190 miho 233 Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit přesnost zrcadlení referenčního
234 proudu. Tranzistor Q3 funguje jako emitorový sledovač a napájí báze
187 miho 235 Q1 a Q2 aniž by podstatně užíral referenční proud.
85 miho 236 </p>
187 miho 237  
85 miho 238 <p>
148 miho 239 Napětí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.
85 miho 240 </p>
187 miho 241  
242 <h1> Kde se proudové zrcadlo používá </h1>
243  
85 miho 244 <p>
190 miho 245 Stručně řečeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových
187 miho 246 integrovaných obvodech i v&nbsp;mnohých číslicových integrovaných
190 miho 247 obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu jako zátěže
248 pro tranzistory, které zesilují užitečný signál přináší obrovské
187 miho 249 výhody:
85 miho 250 </p>
187 miho 251  
252 <ul>
253 <li> Zesilovače zesilují nezávisle na velikosti napájecího napětí</li>
254 <li> Zesilovače mohou zesilovat velké signály bez zkreslení </li>
255 <li> Rozkmit signálů může být téměř přes celý rozsah napájení</li>
256 <li> Obvod se obejde bez rezistorů, které zabírají velkou plochu na čipu</li>
85 miho 257 </ul>
187 miho 258  
85 miho 259 <p>
190 miho 260 Podíváme se na zapojení jednoduchého komparátoru LM339.
261 Komparátor je obvod, který na svém výstupu indikuje polaritu napětí
262 mezi svými vstupy. Velkému napětí na + vstupu odpovídá velké napětí
263 na výstupu. Přesněji, pokud je napětí na +&nbsp; vstupu větší než na
264 –&nbsp; vstupu je na výstupu velké napětí (rozpojený výstupní tranzistor)
187 miho 265 a naopak.
85 miho 266 </p>
187 miho 267  
85 miho 268 <p>
187 miho 269 <img width=325 height=219 src="Pictures/image012.jpg"
270 alt="Vnitřní zapojení komparátoru">
271 <img width=367 height=333 src="Pictures/image013.jpg"
272 alt="Vnitřní zapojení komparátoru">
85 miho 273 </p>
190 miho 274  
85 miho 275 <p>
187 miho 276 Obvod Q13, R1,D5, D6 tvoří jednoduchý proudový zdroj. Proud určuje R1
277 na kterém bude cca 0.7V.
85 miho 278 </p>
187 miho 279  
85 miho 280 <p>
187 miho 281 Odpor R2 je startovací. Bez něho by po zapnutí napájení IO
282 nezačal fungovat protože by všechny tranzistory zůstaly zavřené.
85 miho 283 </p>
187 miho 284  
85 miho 285 <p>
190 miho 286 Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoří proudové zrcadlo a napájí příslušné
187 miho 287 části obvodu.
85 miho 288 </p>
187 miho 289  
85 miho 290 <p>
190 miho 291 Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatěžovací
187 miho 292 odpory vstupním tranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jako
293 rozdílový zesilovač.
85 miho 294 </p>
187 miho 295  
85 miho 296 <p>
187 miho 297 Druhý obvod je to samé ale z&nbsp;katalogu jiného výrobce.
190 miho 298 Často se pomocné obvody v&nbsp;integrovaných obvodech kreslí
187 miho 299 zjednodušeně nebo se nekreslí vůbec (například různé ochranné obvody).
85 miho 300 </p>
187 miho 301  
85 miho 302 <p>
190 miho 303 Proudové zdroje různí výrobci kreslí různě. Tady jsou některé
187 miho 304 z&nbsp;běžných možností:
85 miho 305 </p>
187 miho 306  
85 miho 307 <p>
187 miho 308 <img width=64 height=41 src="Pictures/image014.jpg"
309 alt="Schématická značka proudového zdroje">
310 <img width=68 height=40 src="Pictures/image015.jpg"
311 alt="Schématická značka proudového zdroje">
312 <img width=44 height=40 src="Pictures/image016.jpg"
313 alt="Schématická značka proudového zdroje">
314 <img width=29 height=41 src="Pictures/image017.jpg"
315 alt="Schématická značka proudového zdroje">
85 miho 316 </p>
187 miho 317  
85 miho 318 </div>
319  
187 miho 320 <!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
321 <!-- ============== PATIČKA ============== -->
322 <div class="Footer">
85 miho 323 <script type="text/javascript">
324 <!--
187 miho 325 SetRelativePath("../../../../");
85 miho 326 DrawFooter();
327 // -->
328 </script>
329 <noscript>
187 miho 330 <p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p>
85 miho 331 </noscript>
332 </div>
187 miho 333 <!-- AUTOINCLUDE END -->
85 miho 334  
335 </body>
336 </html>