Rev Author Line No. Line
85 miho 1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
2 <html>
3 <head>
148 miho 4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8"
85 miho 5 <title>
148 miho 6 proudové zrcadlo
85 miho 7 </title>
148 miho 8 <link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB z kladnˇ styl">
85 miho 9 <script language="JavaScript" type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
10 </head>
11  
12 <body lang="cs">
13  
148 miho 14 <!-- ============== HLAVI¬KA ============== -->
85 miho 15 <div class="Header">
16 <script type="text/javascript">
17 <!--
18 SetRelativePath("../../../../");
19 DrawHeader(); // mozno zmenit nadpis v hlavicce
20 // -->
21 </script>
22 <noscript>
148 miho 23 <b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b>
85 miho 24 </noscript>
25 </div>
26  
27 <!-- ============== MENU ============== -->
28 <div class="Menu">
29 <script type="text/javascript">
30 <!--
31  
32 DrawMenu();
33 // -->
34 </script>
35 <noscript>
148 miho 36 <b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b>
85 miho 37 </noscript>
38 </div>
39  
40 <!-- ============== TEXT STRANKY ============== -->
41 <div class="Text">
42 <p class="Titul">
148 miho 43 Proudové zrcadlo
85 miho 44 </p>
45 <p class="Autor">
46 Milan Horkel
47 </p>
48 <p class="Subtitle">
148 miho 49 Zdroje proudu jsou při konstrukci integrovaných obvodů asi stejně důležité, jako obyčejný
50 rezistor pro běžné tranzistorové obvody. Zdroje proudu se často používají místo
51 zatěžovacích odporů v  kolektorech zesilovacích stupňů a v  diferenciálních stupních
52 (operačních) zesilovačů.
85 miho 53 </p>
54 <h1>
148 miho 55 1.Jednoduchý zdroj proudu
85 miho 56 </h1>
57 <p>
58 <img width="242" height="255" src="pic/image001.gif" alt="Image"> <img width="234" height=
59 "255" src="pic/image002.gif" alt="Image">
60 </p>
61 <p>
148 miho 62 Tento zdroj proudu funguje tak, že se napětí na Zenerově diodě zesiluje emitorovým
63 sledovačem (zesilovačem se společným kolektorem) tak, že na odporu Re je napětí Uz zmenšené
64 o úbytek na přechodu B-E (cca 0.7V).  Pokud toto napětí klesne, poteče větší proud
65 přechodem B-E a tranzistor se bude otevírat a bude tak do Re propouštět větší proud a
85 miho 66 naopak.
67 </p>
68 <p>
148 miho 69 Protože proud kolektorem je prakticky stejný jako proud emitorem (je menší o proud báze,
70 který je beta krát menší) bude se tranzistor otevírat a zavírat tak, aby proud zátěží byl
71 stále stejný.
85 miho 72 </p>
73 <p>
148 miho 74 Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíječku NiCd akumulátorů v 
75 režimu konstantního proudu.
85 miho 76 </p>
77 <p>
148 miho 78 Zdroj proudu může fungovat pouze v  případě, že je napájecí dostatečně velké na to, aby při
79 nastaveném proudu zbylo ještě nějaké napětí i na tranzistor.
85 miho 80 </p>
81 <p>
148 miho 82 Velikost napájecího napětí je omezeno maximálním napětím, které tranzistor snese a
83 maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru uchladit.
85 miho 84 </p>
85 <p>
86 <img width="359" height="166" src="pic/image003.gif" alt="Image">
87 </p>
88 <p>
148 miho 89 To je principálně stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovat mezi vývody OUT a ADJ
90 konstantní napětí 1.25V. Tím je dán proud rezistorem Re a tím i zátěží. Přesnost je zde
91 poněkud zhoršena proudem Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru.
85 miho 92 </p>
93 <h1>
94 2. Tranzistor jako dioda
95 </h1>
96 <p>
97 <img width="107" height="255" src="pic/image004.gif" alt="Image">
98 </p>
99 <p>
148 miho 100 U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem P rozdělí na proud
101 báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího činitele tranzistoru:
85 miho 102 </p>
103 <p>
104 <img width="73" height="19" src="pic/image005.gif" alt="Image">
105 </p>
106 <p>
148 miho 107 Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napětí na bázi (a kolektoru) zmenší na cca
85 miho 108 0.7V.
109 </p>
110 <p>
148 miho 111 Takto zapojený tranzistor se běžně objevuje v  integrovaných obvodech v  místech, kde je
112 potřeba posunout napětí o cca 0.7V.
85 miho 113 </p>
114 <h1>
148 miho 115 3. Proudové zrcadlo
85 miho 116 </h1>
117 <p>
118 <img width="193" height="215" src="pic/image006.gif" alt="Image">
119 </p>
120 <p>
148 miho 121 Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud Iref na vstupu určuje
122 proud zátěží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou teplotu bude:
85 miho 123 </p>
124 <p>
125 <img width="48" height="19" src="pic/image007.gif" alt="Image">
126 </p>
127 <p>
148 miho 128 První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou
129 teplotu poteče do báze druhého tranzistoru stejný proud jako do prvního tranzistoru.
85 miho 130 </p>
131 <p>
132 <img width="51" height="19" src="pic/image008.gif" alt="Image">
133 </p>
134 <p>
148 miho 135 Tím je druhý tranzistor otevřený pro stejný proud jako tranzistor první.
85 miho 136 </p>
137 <p>
138 <img width="199" height="250" src="pic/image009.gif" alt="Image">
139 </p>
140 <p>
148 miho 141 Toto je stejné zapojení ale s  konkrétními proudy a napětími. Je vidět, že převodní poměr
142 zrcadla není přesně 1:1 ale část referenčního proudu se spotřebuje pro napájení bází obou
143 tranzistorů. Přesnost je tím lepší, čím je větší zesílení obou tranzistorů.
85 miho 144 </p>
145 <p>
148 miho 146 U integrovaných obvodů je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen, ale je snadné
147 vyrobit tranzistory, které jsou stejné.
85 miho 148 </p>
149 <p>
150 <img width="244" height="250" src="pic/image010.gif" alt="Image">
151 </p>
152 <p>
148 miho 153 Pokud vezmeme dva obyčejné tranzistory bude převodní poměr zrcadla určitě jiný než 1:1 ale
154 zrcadlo bude pěkně fungovat. Vážným problémem ale bude udržení shodné teploty obou
155 tranzistorů. Protože na teplotě závisí napětí Ube (vyšší teplota znamená nižší napětí na
156 diodě Ube) bude se převodní poměr zrcadla měnit s  rozdílem teploty obou tranzistorů.
85 miho 157 </p>
158 <p>
148 miho 159 Zrcadlo může zrcadlit referenční proud do většího počtu výstupů. Tranzistor Q2 není nijak
160 zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla průchozí aby bylo schéma přehlednější.
85 miho 161 </p>
162 <p>
148 miho 163 Pokud konstruktér integrovaného obvodu potřebuje jiný převodní poměr než 1:1 tak udělá
164 některé výstupní tranzistoru větší a některé menší.
85 miho 165 </p>
166 <p>
148 miho 167 Větší tranzistor si můžeme představit jako několik malých tranzistorů spojených paralelně.
168 Tedy i výstupní proud bude větší.
85 miho 169 </p>
170 <p>
171 <img width="212" height="250" src="pic/image011.gif" alt="Image">
172 </p>
173 <p>
148 miho 174 Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit přesnost zrcadlení referenčního proudu. Tranzistor
175 Q3 funguje jako emitorový sledovač a napájí báze Q1 a Q2 aniž by podstatně užíral
176 referenční proud.
85 miho 177 </p>
178 <p>
148 miho 179 Napětí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.
85 miho 180 </p>
181 <h1>
148 miho 182 4. Kde se proudové zrcadlo používá
85 miho 183 </h1>
184 <p>
148 miho 185 Stručně řečeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových integrovaných obvodech i
186 v  mnohých číslicových integrovaných obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu
187 jako zátěže pro tranzistory, které zesilují užitečný signál přináší obrovské výhody:
85 miho 188 </p>
189 <ul type="disc">
148 miho 190 <li>Zesilovače zesilují nezávisle na velikosti napájecího napětí
85 miho 191 </li>
148 miho 192 <li>Zesilovače mohou zesilovat velké signály bez zkreslení
85 miho 193 </li>
148 miho 194 <li>Rozkmit signálů může být téměř přes celý rozsah napájení
85 miho 195 </li>
148 miho 196 <li>Obvod se obejde bez rezistorů, které zabírají velkou plochu na čipu
85 miho 197 </li>
198 </ul>
199 <p>
148 miho 200 Podíváme se na zapojení jednoduchého komparátoru LM339. Komparátor je obvod, který na svém
201 výstupu indikuje polaritu napětí mezi svými vstupy. Velkému napětí na + vstupu odpovídá
202 velké napětí na výstupu. Přesněji, pokud je napětí na + vstupu větší než na – vstupu je na
203 výstupu velké napětí (rozpojený výstupní tranzistor) a naopak.
85 miho 204 </p>
205 <p>
206 <img width="325" height="219" src="pic/image012.jpg" alt="Image">
207 <img width="367" height="333" src="pic/image013.jpg" alt="Image">
208 </p>
209 <p>
148 miho 210 Obvod Q13, R1, D5, D6 tvoří jednoduchý proudový zdroj. Proud určuje R1 na kterém bude cca
85 miho 211 0.7V.
212 </p>
213 <p>
148 miho 214 Odpor R2 je startovací. Bez něho by po zapnutí napájení IO nezačal fungovat protože by
215 všechny tranzistory zůstaly zavřené.
85 miho 216 </p>
217 <p>
148 miho 218 Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoří proudové zrcadlo a napájí příslušné části obvodu.
85 miho 219 </p>
220 <p>
148 miho 221 Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatěžovací odpory vstupním
222 tranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jako rozdílový zesilovač.
85 miho 223 </p>
224 <p>
148 miho 225 Druhý obvod je to samé ale z  katalogu jiného výrobce. Často se pomocné obvody v 
226 integrovaných obvodech kreslí zjednodušeně nebo se nekreslí vůbec (například různé ochranné
85 miho 227 obvody).
228 </p>
229 <p>
148 miho 230 Proudové zdroje různí výrobci kreslí různě. Tady jsou některé z  běžných možností:
85 miho 231 </p>
232 <p>
233 <img width="64" height="41" src="pic/image014.jpg" alt="Image">
234 <img width="68" height="40" src="pic/image015.jpg" alt="Image">
235 <img width="44" height="40" src="pic/image016.jpg" alt="Image">
236 <img width="29" height="41" src="pic/image017.jpg" alt="Image">
237 </p>
238 </div>
239  
240 <!-- ============== PATICKA ============== -->
241 <div class=Footer>
242 <script type="text/javascript">
243 <!--
244 DrawFooter();
245 // -->
246 </script>
247 <noscript>
148 miho 248 <b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b>
85 miho 249 </noscript>
250 </div>
251  
252 </body>
253  
254 </html>