/www/Articles/_TEXTS_KROUZEK/03_Proudové zrcadlo/HTML/p.htm
0,0 → 1,254
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
<html>
<head>
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=windows-1250"
<title>
proudové zrcadlo
</title>
<link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB z kladn¡ styl">
<script language="JavaScript" type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
</head>
 
<body lang="cs">
 
<!-- ============== HLAVI¬KA ============== -->
<div class="Header">
<script type="text/javascript">
<!--
SetRelativePath("../../../../");
DrawHeader(); // mozno zmenit nadpis v hlavicce
// -->
</script>
<noscript>
<b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b>
</noscript>
</div>
 
<!-- ============== MENU ============== -->
<div class="Menu">
<script type="text/javascript">
<!--
 
DrawMenu();
// -->
</script>
<noscript>
<b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b>
</noscript>
</div>
 
<!-- ============== TEXT STRANKY ============== -->
<div class="Text">
<p class="Titul">
Proudové zrcadlo
</p>
<p class="Autor">
Milan Horkel
</p>
<p class="Subtitle">
Zdroje proudu jsou pøi konstrukci integrovaných obvodù asi stejnì dùležité, jako obyèejný
rezistor pro bìžné tranzistorové obvody. Zdroje proudu se èasto používají místo
zatìžovacích odporù v  kolektorech zesilovacích stupòù a v  diferenciálních stupních
(operaèních) zesilovaèù.
</p>
<h1>
1.Jednoduchý zdroj proudu
</h1>
<p>
<img width="242" height="255" src="pic/image001.gif" alt="Image"> <img width="234" height=
"255" src="pic/image002.gif" alt="Image">
</p>
<p>
Tento zdroj proudu funguje tak, že se napìtí na Zenerovì diodì zesiluje emitorovým
sledovaèem (zesilovaèem se spoleèným kolektorem) tak, že na odporu Re je napìtí Uz zmenšené
o úbytek na pøechodu B-E (cca 0.7V).  Pokud toto napìtí klesne, poteèe vìtší proud
pøechodem B-E a tranzistor se bude otevírat a bude tak do Re propouštìt vìtší proud a
naopak.
</p>
<p>
Protože proud kolektorem je prakticky stejný jako proud emitorem (je menší o proud báze,
který je beta krát menší) bude se tranzistor otevírat a zavírat tak, aby proud zátìží byl
stále stejný.
</p>
<p>
Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíjeèku NiCd akumulátorù v 
režimu konstantního proudu.
</p>
<p>
Zdroj proudu mùže fungovat pouze v  pøípadì, že je napájecí dostateènì velké na to, aby pøi
nastaveném proudu zbylo ještì nìjaké napìtí i na tranzistor.
</p>
<p>
Velikost napájecího napìtí je omezeno maximálním napìtím, které tranzistor snese a
maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru uchladit.
</p>
<p>
<img width="359" height="166" src="pic/image003.gif" alt="Image">
</p>
<p>
To je principálnì stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovat mezi vývody OUT a ADJ
konstantní napìtí 1.25V. Tím je dán proud rezistorem Re a tím i zátìží. Pøesnost je zde
ponìkud zhoršena proudem Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru.
</p>
<h1>
2. Tranzistor jako dioda
</h1>
<p>
<img width="107" height="255" src="pic/image004.gif" alt="Image">
</p>
<p>
U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem P rozdìlí na proud
báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího èinitele tranzistoru:
</p>
<p>
<img width="73" height="19" src="pic/image005.gif" alt="Image">
</p>
<p>
Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napìtí na bázi (a kolektoru) zmenší na cca
0.7V.
</p>
<p>
Takto zapojený tranzistor se bìžnì objevuje v  integrovaných obvodech v  místech, kde je
potøeba posunout napìtí o cca 0.7V.
</p>
<h1>
3. Proudové zrcadlo
</h1>
<p>
<img width="193" height="215" src="pic/image006.gif" alt="Image">
</p>
<p>
Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud Iref na vstupu urèuje
proud zátìží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou teplotu bude:
</p>
<p>
<img width="48" height="19" src="pic/image007.gif" alt="Image">
</p>
<p>
První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou
teplotu poteèe do báze druhého tranzistoru stejný proud jako do prvního tranzistoru.
</p>
<p>
<img width="51" height="19" src="pic/image008.gif" alt="Image">
</p>
<p>
Tím je druhý tranzistor otevøený pro stejný proud jako tranzistor první.
</p>
<p>
<img width="199" height="250" src="pic/image009.gif" alt="Image">
</p>
<p>
Toto je stejné zapojení ale s  konkrétními proudy a napìtími. Je vidìt, že pøevodní pomìr
zrcadla není pøesnì 1:1 ale èást referenèního proudu se spotøebuje pro napájení bází obou
tranzistorù. Pøesnost je tím lepší, èím je vìtší zesílení obou tranzistorù.
</p>
<p>
U integrovaných obvodù je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen, ale je snadné
vyrobit tranzistory, které jsou stejné.
</p>
<p>
<img width="244" height="250" src="pic/image010.gif" alt="Image">
</p>
<p>
Pokud vezmeme dva obyèejné tranzistory bude pøevodní pomìr zrcadla urèitì jiný než 1:1 ale
zrcadlo bude pìknì fungovat. Vážným problémem ale bude udržení shodné teploty obou
tranzistorù. Protože na teplotì závisí napìtí Ube (vyšší teplota znamená nižší napìtí na
diodì Ube) bude se pøevodní pomìr zrcadla mìnit s  rozdílem teploty obou tranzistorù.
</p>
<p>
Zrcadlo mùže zrcadlit referenèní proud do vìtšího poètu výstupù. Tranzistor Q2 není nijak
zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla prùchozí aby bylo schéma pøehlednìjší.
</p>
<p>
Pokud konstruktér integrovaného obvodu potøebuje jiný pøevodní pomìr než 1:1 tak udìlá
nìkteré výstupní tranzistoru vìtší a nìkteré menší.
</p>
<p>
Vìtší tranzistor si mùžeme pøedstavit jako nìkolik malých tranzistorù spojených paralelnì.
Tedy i výstupní proud bude vìtší.
</p>
<p>
<img width="212" height="250" src="pic/image011.gif" alt="Image">
</p>
<p>
Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit pøesnost zrcadlení referenèního proudu. Tranzistor
Q3 funguje jako emitorový sledovaè a napájí báze Q1 a Q2 aniž by podstatnì užíral
referenèní proud.
</p>
<p>
Napìtí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.
</p>
<h1>
4. Kde se proudové zrcadlo používá
</h1>
<p>
Struènì øeèeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových integrovaných obvodech i
v  mnohých èíslicových integrovaných obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu
jako zátìže pro tranzistory, které zesilují užiteèný signál pøináší obrovské výhody:
</p>
<ul type="disc">
<li>Zesilovaèe zesilují nezávisle na velikosti napájecího napìtí
</li>
<li>Zesilovaèe mohou zesilovat velké signály bez zkreslení
</li>
<li>Rozkmit signálù mùže být témìø pøes celý rozsah napájení
</li>
<li>Obvod se obejde bez rezistorù, které zabírají velkou plochu na èipu
</li>
</ul>
<p>
Podíváme se na zapojení jednoduchého komparátoru LM339. Komparátor je obvod, který na svém
výstupu indikuje polaritu napìtí mezi svými vstupy. Velkému napìtí na + vstupu odpovídá
velké napìtí na výstupu. Pøesnìji, pokud je napìtí na + vstupu vìtší než na – vstupu je na
výstupu velké napìtí (rozpojený výstupní tranzistor) a naopak.
</p>
<p>
<img width="325" height="219" src="pic/image012.jpg" alt="Image">
<img width="367" height="333" src="pic/image013.jpg" alt="Image">
</p>
<p>
Obvod Q13, R1, D5, D6 tvoøí jednoduchý proudový zdroj. Proud urèuje R1 na kterém bude cca
0.7V.
</p>
<p>
Odpor R2 je startovací. Bez nìho by po zapnutí napájení IO nezaèal fungovat protože by
všechny tranzistory zùstaly zavøené.
</p>
<p>
Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoøí proudové zrcadlo a napájí pøíslušné èásti obvodu.
</p>
<p>
Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatìžovací odpory vstupním
tranzistorùm Q2, Q4, které jsou zapojené jako rozdílový zesilovaè.
</p>
<p>
Druhý obvod je to samé ale z  katalogu jiného výrobce. Èasto se pomocné obvody v 
integrovaných obvodech kreslí zjednodušenì nebo se nekreslí vùbec (napøíklad rùzné ochranné
obvody).
</p>
<p>
Proudové zdroje rùzní výrobci kreslí rùznì. Tady jsou nìkteré z  bìžných možností:
</p>
<p>
<img width="64" height="41" src="pic/image014.jpg" alt="Image">
<img width="68" height="40" src="pic/image015.jpg" alt="Image">
<img width="44" height="40" src="pic/image016.jpg" alt="Image">
<img width="29" height="41" src="pic/image017.jpg" alt="Image">
</p>
</div>
 
<!-- ============== PATICKA ============== -->
<div class=Footer>
<script type="text/javascript">
<!--
DrawFooter();
// -->
</script>
<noscript>
<b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b>
</noscript>
</div>
 
</body>
 
</html>