Rev Author Line No. Line
85 miho 1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
2 <html>
3 <head>
4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=windows-1250"
5 <title>
6 proudové zrcadlo
7 </title>
8 <link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB z kladn¡ styl">
9 <script language="JavaScript" type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
10 </head>
11  
12 <body lang="cs">
13  
14 <!-- ============== HLAVI¬KA ============== -->
15 <div class="Header">
16 <script type="text/javascript">
17 <!--
18 SetRelativePath("../../../../");
19 DrawHeader(); // mozno zmenit nadpis v hlavicce
20 // -->
21 </script>
22 <noscript>
23 <b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b>
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>
36 <b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b>
37 </noscript>
38 </div>
39  
40 <!-- ============== TEXT STRANKY ============== -->
41 <div class="Text">
42 <p class="Titul">
43 Proudové zrcadlo
44 </p>
45 <p class="Autor">
46 Milan Horkel
47 </p>
48 <p class="Subtitle">
49 Zdroje proudu jsou pøi konstrukci integrovaných obvodù asi stejnì dùležité, jako obyèejný
50 rezistor pro bìžné tranzistorové obvody. Zdroje proudu se èasto používají místo
51 zatìžovacích odporù v  kolektorech zesilovacích stupòù a v  diferenciálních stupních
52 (operaèních) zesilovaèù.
53 </p>
54 <h1>
55 1.Jednoduchý zdroj proudu
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>
62 Tento zdroj proudu funguje tak, že se napìtí na Zenerovì diodì zesiluje emitorovým
63 sledovaèem (zesilovaèem se spoleèným kolektorem) tak, že na odporu Re je napìtí Uz zmenšené
64 o úbytek na pøechodu B-E (cca 0.7V).  Pokud toto napìtí klesne, poteèe vìtší proud
65 pøechodem B-E a tranzistor se bude otevírat a bude tak do Re propouštìt vìtší proud a
66 naopak.
67 </p>
68 <p>
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 zátìží byl
71 stále stejný.
72 </p>
73 <p>
74 Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíjeèku NiCd akumulátorù v 
75 režimu konstantního proudu.
76 </p>
77 <p>
78 Zdroj proudu mùže fungovat pouze v  pøípadì, že je napájecí dostateènì velké na to, aby pøi
79 nastaveném proudu zbylo ještì nìjaké napìtí i na tranzistor.
80 </p>
81 <p>
82 Velikost napájecího napìtí je omezeno maximálním napìtím, které tranzistor snese a
83 maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru uchladit.
84 </p>
85 <p>
86 <img width="359" height="166" src="pic/image003.gif" alt="Image">
87 </p>
88 <p>
89 To je principálnì stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovat mezi vývody OUT a ADJ
90 konstantní napìtí 1.25V. Tím je dán proud rezistorem Re a tím i zátìží. Pøesnost je zde
91 ponìkud zhoršena proudem Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru.
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>
100 U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem P rozdìlí na proud
101 báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího èinitele tranzistoru:
102 </p>
103 <p>
104 <img width="73" height="19" src="pic/image005.gif" alt="Image">
105 </p>
106 <p>
107 Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napìtí na bázi (a kolektoru) zmenší na cca
108 0.7V.
109 </p>
110 <p>
111 Takto zapojený tranzistor se bìžnì objevuje v  integrovaných obvodech v  místech, kde je
112 potøeba posunout napìtí o cca 0.7V.
113 </p>
114 <h1>
115 3. Proudové zrcadlo
116 </h1>
117 <p>
118 <img width="193" height="215" src="pic/image006.gif" alt="Image">
119 </p>
120 <p>
121 Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud Iref na vstupu urèuje
122 proud zátìží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou teplotu bude:
123 </p>
124 <p>
125 <img width="48" height="19" src="pic/image007.gif" alt="Image">
126 </p>
127 <p>
128 První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou
129 teplotu poteèe do báze druhého tranzistoru stejný proud jako do prvního tranzistoru.
130 </p>
131 <p>
132 <img width="51" height="19" src="pic/image008.gif" alt="Image">
133 </p>
134 <p>
135 Tím je druhý tranzistor otevøený pro stejný proud jako tranzistor první.
136 </p>
137 <p>
138 <img width="199" height="250" src="pic/image009.gif" alt="Image">
139 </p>
140 <p>
141 Toto je stejné zapojení ale s  konkrétními proudy a napìtími. Je vidìt, že pøevodní pomìr
142 zrcadla není pøesnì 1:1 ale èást referenèního proudu se spotøebuje pro napájení bází obou
143 tranzistorù. Pøesnost je tím lepší, èím je vìtší zesílení obou tranzistorù.
144 </p>
145 <p>
146 U integrovaných obvodù je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen, ale je snadné
147 vyrobit tranzistory, které jsou stejné.
148 </p>
149 <p>
150 <img width="244" height="250" src="pic/image010.gif" alt="Image">
151 </p>
152 <p>
153 Pokud vezmeme dva obyèejné tranzistory bude pøevodní pomìr zrcadla urèitì jiný než 1:1 ale
154 zrcadlo bude pìknì fungovat. Vážným problémem ale bude udržení shodné teploty obou
155 tranzistorù. Protože na teplotì závisí napìtí Ube (vyšší teplota znamená nižší napìtí na
156 diodì Ube) bude se pøevodní pomìr zrcadla mìnit s  rozdílem teploty obou tranzistorù.
157 </p>
158 <p>
159 Zrcadlo mùže zrcadlit referenèní proud do vìtšího poètu výstupù. Tranzistor Q2 není nijak
160 zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla prùchozí aby bylo schéma pøehlednìjší.
161 </p>
162 <p>
163 Pokud konstruktér integrovaného obvodu potøebuje jiný pøevodní pomìr než 1:1 tak udìlá
164 nìkteré výstupní tranzistoru vìtší a nìkteré menší.
165 </p>
166 <p>
167 Vìtší tranzistor si mùžeme pøedstavit jako nìkolik malých tranzistorù spojených paralelnì.
168 Tedy i výstupní proud bude vìtší.
169 </p>
170 <p>
171 <img width="212" height="250" src="pic/image011.gif" alt="Image">
172 </p>
173 <p>
174 Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit pøesnost zrcadlení referenèního proudu. Tranzistor
175 Q3 funguje jako emitorový sledovaè a napájí báze Q1 a Q2 aniž by podstatnì užíral
176 referenèní proud.
177 </p>
178 <p>
179 Napìtí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.
180 </p>
181 <h1>
182 4. Kde se proudové zrcadlo používá
183 </h1>
184 <p>
185 Struènì øeèeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových integrovaných obvodech i
186 v  mnohých èíslicových integrovaných obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu
187 jako zátìže pro tranzistory, které zesilují užiteèný signál pøináší obrovské výhody:
188 </p>
189 <ul type="disc">
190 <li>Zesilovaèe zesilují nezávisle na velikosti napájecího napìtí
191 </li>
192 <li>Zesilovaèe mohou zesilovat velké signály bez zkreslení
193 </li>
194 <li>Rozkmit signálù mùže být témìø pøes celý rozsah napájení
195 </li>
196 <li>Obvod se obejde bez rezistorù, které zabírají velkou plochu na èipu
197 </li>
198 </ul>
199 <p>
200 Podíváme se na zapojení jednoduchého komparátoru LM339. Komparátor je obvod, který na svém
201 výstupu indikuje polaritu napìtí mezi svými vstupy. Velkému napìtí na + vstupu odpovídá
202 velké napìtí na výstupu. Pøesnìji, pokud je napìtí na + vstupu vìtší než na – vstupu je na
203 výstupu velké napìtí (rozpojený výstupní tranzistor) a naopak.
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>
210 Obvod Q13, R1, D5, D6 tvoøí jednoduchý proudový zdroj. Proud urèuje R1 na kterém bude cca
211 0.7V.
212 </p>
213 <p>
214 Odpor R2 je startovací. Bez nìho by po zapnutí napájení IO nezaèal fungovat protože by
215 všechny tranzistory zùstaly zavøené.
216 </p>
217 <p>
218 Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoøí proudové zrcadlo a napájí pøíslušné èásti obvodu.
219 </p>
220 <p>
221 Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatìžovací odpory vstupním
222 tranzistorùm Q2, Q4, které jsou zapojené jako rozdílový zesilovaè.
223 </p>
224 <p>
225 Druhý obvod je to samé ale z  katalogu jiného výrobce. Èasto se pomocné obvody v 
226 integrovaných obvodech kreslí zjednodušenì nebo se nekreslí vùbec (napøíklad rùzné ochranné
227 obvody).
228 </p>
229 <p>
230 Proudové zdroje rùzní výrobci kreslí rùznì. Tady jsou nìkteré z  bìžných možností:
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>
248 <b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b>
249 </noscript>
250 </div>
251  
252 </body>
253  
254 </html>