Rev 97 Rev 148
Line 1... Line 1...
1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN"> 1 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
2 <html> 2 <html>
3 <head> 3 <head>
4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=windows-1250" 4 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8"
5 <title> 5 <title>
6 proudové zrcadlo 6 proudové zrcadlo
7 </title> 7 </title>
8 <link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB z kladn¡ styl"> 8 <link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB z kladnˇ styl">
9 <script language="JavaScript" type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script> 9 <script language="JavaScript" type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script>
10 </head> 10 </head>
11   11  
12 <body lang="cs"> 12 <body lang="cs">
13   13  
14 <!-- ============== HLAVI¬KA ============== --> 14 <!-- ============== HLAVI¬KA ============== -->
15 <div class="Header"> 15 <div class="Header">
16 <script type="text/javascript"> 16 <script type="text/javascript">
17 <!-- 17 <!--
18 SetRelativePath("../../../../"); 18 SetRelativePath("../../../../");
19 DrawHeader(); // mozno zmenit nadpis v hlavicce 19 DrawHeader(); // mozno zmenit nadpis v hlavicce
20 // --> 20 // -->
21 </script> 21 </script>
22 <noscript> 22 <noscript>
23 <b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b> 23 <b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b>
24 </noscript> 24 </noscript>
25 </div> 25 </div>
26   26  
27 <!-- ============== MENU ============== --> 27 <!-- ============== MENU ============== -->
28 <div class="Menu"> 28 <div class="Menu">
Line 31... Line 31...
31   31  
32 DrawMenu(); 32 DrawMenu();
33 // --> 33 // -->
34 </script> 34 </script>
35 <noscript> 35 <noscript>
36 <b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b> 36 <b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b>
37 </noscript> 37 </noscript>
38 </div> 38 </div>
39   39  
40 <!-- ============== TEXT STRANKY ============== --> 40 <!-- ============== TEXT STRANKY ============== -->
41 <div class="Text"> 41 <div class="Text">
42 <p class="Titul"> 42 <p class="Titul">
43 Proudové zrcadlo 43 Proudové zrcadlo
44 </p> 44 </p>
45 <p class="Autor"> 45 <p class="Autor">
46 Milan Horkel 46 Milan Horkel
47 </p> 47 </p>
48 <p class="Subtitle"> 48 <p class="Subtitle">
49 Zdroje proudu jsou pøi konstrukci integrovaných obvodù asi stejnì dùležité, jako obyèejný 49 Zdroje proudu jsou při konstrukci integrovaných obvodů asi stejně důležité, jako obyčejný
50 rezistor pro bìžné tranzistorové obvody. Zdroje proudu se èasto používají místo 50 rezistor pro běžné tranzistorové obvody. Zdroje proudu se často používají místo
51 zatìžovacích odporù v  kolektorech zesilovacích stupòù a v  diferenciálních stupních 51 zatěžovacích odporů v  kolektorech zesilovacích stupňů a v  diferenciálních stupních
52 (operaèních) zesilovaèù. 52 (operačních) zesilovačů.
53 </p> 53 </p>
54 <h1> 54 <h1>
55 1.Jednoduchý zdroj proudu 55 1.Jednoduchý zdroj proudu
56 </h1> 56 </h1>
57 <p> 57 <p>
58 <img width="242" height="255" src="pic/image001.gif" alt="Image"> <img width="234" height= 58 <img width="242" height="255" src="pic/image001.gif" alt="Image"> <img width="234" height=
59 "255" src="pic/image002.gif" alt="Image"> 59 "255" src="pic/image002.gif" alt="Image">
60 </p> 60 </p>
61 <p> 61 <p>
62 Tento zdroj proudu funguje tak, že se napìtí na Zenerovì diodì zesiluje emitorovým 62 Tento zdroj proudu funguje tak, že se napětí na Zenerově diodě zesiluje emitorovým
63 sledovaèem (zesilovaèem se spoleèným kolektorem) tak, že na odporu Re je napìtí Uz zmenšené 63 sledovačem (zesilovačem se společným kolektorem) tak, že na odporu Re je napětí Uz zmenšené
64 o úbytek na pøechodu B-E (cca 0.7V).  Pokud toto napìtí klesne, poteèe vìtší proud 64 o úbytek na přechodu B-E (cca 0.7V).  Pokud toto napětí klesne, poteče větší proud
65 pøechodem B-E a tranzistor se bude otevírat a bude tak do Re propouštìt vìtší proud a 65 přechodem B-E a tranzistor se bude otevírat a bude tak do Re propouštět větší proud a
66 naopak. 66 naopak.
67 </p> 67 </p>
68 <p> 68 <p>
69 Protože proud kolektorem je prakticky stejný jako proud emitorem (je menší o proud báze, 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 70 který je beta krát menší) bude se tranzistor otevírat a zavírat tak, aby proud zátěží byl
71 stále stejný. 71 stále stejný.
72 </p> 72 </p>
73 <p> 73 <p>
74 Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíjeèku NiCd akumulátorù v  74 Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíječku NiCd akumulátorů v 
75 režimu konstantního proudu. 75 režimu konstantního proudu.
76 </p> 76 </p>
77 <p> 77 <p>
78 Zdroj proudu mùže fungovat pouze v  pøípadì, že je napájecí dostateènì velké na to, aby pøi 78 Zdroj proudu může fungovat pouze v  případě, že je napájecí dostatečně velké na to, aby při
79 nastaveném proudu zbylo ještì nìjaké napìtí i na tranzistor. 79 nastaveném proudu zbylo ještě nějaké napětí i na tranzistor.
80 </p> 80 </p>
81 <p> 81 <p>
82 Velikost napájecího napìtí je omezeno maximálním napìtím, které tranzistor snese a 82 Velikost napájecího napětí je omezeno maximálním napětím, které tranzistor snese a
83 maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru uchladit. 83 maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru uchladit.
84 </p> 84 </p>
85 <p> 85 <p>
86 <img width="359" height="166" src="pic/image003.gif" alt="Image"> 86 <img width="359" height="166" src="pic/image003.gif" alt="Image">
87 </p> 87 </p>
88 <p> 88 <p>
89 To je principálnì stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovat mezi vývody OUT a ADJ 89 To je principálně 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 90 konstantní napětí 1.25V. Tím je dán proud rezistorem Re a tím i zátěží. Přesnost je zde
91 ponìkud zhoršena proudem Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru. 91 poněkud zhoršena proudem Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru.
92 </p> 92 </p>
93 <h1> 93 <h1>
94 2. Tranzistor jako dioda 94 2. Tranzistor jako dioda
95 </h1> 95 </h1>
96 <p> 96 <p>
97 <img width="107" height="255" src="pic/image004.gif" alt="Image"> 97 <img width="107" height="255" src="pic/image004.gif" alt="Image">
98 </p> 98 </p>
99 <p> 99 <p>
100 U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem P rozdìlí na proud 100 U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem P rozdělí na proud
101 báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího èinitele tranzistoru: 101 báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího činitele tranzistoru:
102 </p> 102 </p>
103 <p> 103 <p>
104 <img width="73" height="19" src="pic/image005.gif" alt="Image"> 104 <img width="73" height="19" src="pic/image005.gif" alt="Image">
105 </p> 105 </p>
106 <p> 106 <p>
107 Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napìtí na bázi (a kolektoru) zmenší na cca 107 Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napětí na bázi (a kolektoru) zmenší na cca
108 0.7V. 108 0.7V.
109 </p> 109 </p>
110 <p> 110 <p>
111 Takto zapojený tranzistor se bìžnì objevuje v  integrovaných obvodech v  místech, kde je 111 Takto zapojený tranzistor se běžně objevuje v  integrovaných obvodech v  místech, kde je
112 potøeba posunout napìtí o cca 0.7V. 112 potřeba posunout napětí o cca 0.7V.
113 </p> 113 </p>
114 <h1> 114 <h1>
115 3. Proudové zrcadlo 115 3. Proudové zrcadlo
116 </h1> 116 </h1>
117 <p> 117 <p>
118 <img width="193" height="215" src="pic/image006.gif" alt="Image"> 118 <img width="193" height="215" src="pic/image006.gif" alt="Image">
119 </p> 119 </p>
120 <p> 120 <p>
121 Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud Iref na vstupu urèuje 121 Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud Iref na vstupu určuje
122 proud zátìží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou teplotu bude: 122 proud zátěží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou teplotu bude:
123 </p> 123 </p>
124 <p> 124 <p>
125 <img width="48" height="19" src="pic/image007.gif" alt="Image"> 125 <img width="48" height="19" src="pic/image007.gif" alt="Image">
126 </p> 126 </p>
127 <p> 127 <p>
128 První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou 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. 129 teplotu poteče do báze druhého tranzistoru stejný proud jako do prvního tranzistoru.
130 </p> 130 </p>
131 <p> 131 <p>
132 <img width="51" height="19" src="pic/image008.gif" alt="Image"> 132 <img width="51" height="19" src="pic/image008.gif" alt="Image">
133 </p> 133 </p>
134 <p> 134 <p>
135 Tím je druhý tranzistor otevøený pro stejný proud jako tranzistor první. 135 Tím je druhý tranzistor otevřený pro stejný proud jako tranzistor první.
136 </p> 136 </p>
137 <p> 137 <p>
138 <img width="199" height="250" src="pic/image009.gif" alt="Image"> 138 <img width="199" height="250" src="pic/image009.gif" alt="Image">
139 </p> 139 </p>
140 <p> 140 <p>
141 Toto je stejné zapojení ale s  konkrétními proudy a napìtími. Je vidìt, že pøevodní pomìr 141 Toto je stejné zapojení ale s  konkrétními proudy a napětími. Je vidět, že převodní poměr
142 zrcadla není pøesnì 1:1 ale èást referenèního proudu se spotøebuje pro napájení bází obou 142 zrcadla není přesně 1:1 ale část referenčního proudu se spotřebuje pro napájení bází obou
143 tranzistorù. Pøesnost je tím lepší, èím je vìtší zesílení obou tranzistorù. 143 tranzistorů. Přesnost je tím lepší, čím je větší zesílení obou tranzistorů.
144 </p> 144 </p>
145 <p> 145 <p>
146 U integrovaných obvodù je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen, ale je snadné 146 U integrovaných obvodů je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen, ale je snadné
147 vyrobit tranzistory, které jsou stejné. 147 vyrobit tranzistory, které jsou stejné.
148 </p> 148 </p>
149 <p> 149 <p>
150 <img width="244" height="250" src="pic/image010.gif" alt="Image"> 150 <img width="244" height="250" src="pic/image010.gif" alt="Image">
151 </p> 151 </p>
152 <p> 152 <p>
153 Pokud vezmeme dva obyèejné tranzistory bude pøevodní pomìr zrcadla urèitì jiný než 1:1 ale 153 Pokud vezmeme dva obyčejné tranzistory bude převodní poměr zrcadla určitě jiný než 1:1 ale
154 zrcadlo bude pìknì fungovat. Vážným problémem ale bude udržení shodné teploty obou 154 zrcadlo bude pěkně fungovat. Vážným problémem ale bude udržení shodné teploty obou
155 tranzistorù. Protože na teplotì závisí napìtí Ube (vyšší teplota znamená nižší napìtí na 155 tranzistorů. Protože na teplotě závisí napětí Ube (vyšší teplota znamená nižší napětí na
156 diodì Ube) bude se pøevodní pomìr zrcadla mìnit s  rozdílem teploty obou tranzistorù. 156 diodě Ube) bude se převodní poměr zrcadla měnit s  rozdílem teploty obou tranzistorů.
157 </p> 157 </p>
158 <p> 158 <p>
159 Zrcadlo mùže zrcadlit referenèní proud do vìtšího poètu výstupù. Tranzistor Q2 není nijak 159 Zrcadlo může zrcadlit referenční proud do většího počtu výstupů. Tranzistor Q2 není nijak
160 zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla prùchozí aby bylo schéma pøehlednìjší. 160 zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla průchozí aby bylo schéma přehlednější.
161 </p> 161 </p>
162 <p> 162 <p>
163 Pokud konstruktér integrovaného obvodu potøebuje jiný pøevodní pomìr než 1:1 tak udìlá 163 Pokud konstruktér integrovaného obvodu potřebuje jiný převodní poměr než 1:1 tak udělá
164 nìkteré výstupní tranzistoru vìtší a nìkteré menší. 164 některé výstupní tranzistoru větší a některé menší.
165 </p> 165 </p>
166 <p> 166 <p>
167 Vìtší tranzistor si mùžeme pøedstavit jako nìkolik malých tranzistorù spojených paralelnì. 167 Větší tranzistor si můžeme představit jako několik malých tranzistorů spojených paralelně.
168 Tedy i výstupní proud bude vìtší. 168 Tedy i výstupní proud bude větší.
169 </p> 169 </p>
170 <p> 170 <p>
171 <img width="212" height="250" src="pic/image011.gif" alt="Image"> 171 <img width="212" height="250" src="pic/image011.gif" alt="Image">
172 </p> 172 </p>
173 <p> 173 <p>
174 Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit pøesnost zrcadlení referenèního proudu. Tranzistor 174 Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit přesnost zrcadlení referenčního proudu. Tranzistor
175 Q3 funguje jako emitorový sledovaè a napájí báze Q1 a Q2 aniž by podstatnì užíral 175 Q3 funguje jako emitorový sledovač a napájí báze Q1 a Q2 aniž by podstatně užíral
176 referenèní proud. 176 referenční proud.
177 </p> 177 </p>
178 <p> 178 <p>
179 Napìtí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V. 179 Napětí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.
180 </p> 180 </p>
181 <h1> 181 <h1>
182 4. Kde se proudové zrcadlo používá 182 4. Kde se proudové zrcadlo používá
183 </h1> 183 </h1>
184 <p> 184 <p>
185 Struènì øeèeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových integrovaných obvodech i 185 Stručně řečeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových integrovaných obvodech i
186 v  mnohých èíslicových integrovaných obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu 186 v  mnohých číslicových integrovaných obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu
187 jako zátìže pro tranzistory, které zesilují užiteèný signál pøináší obrovské výhody: 187 jako zátěže pro tranzistory, které zesilují užitečný signál přináší obrovské výhody:
188 </p> 188 </p>
189 <ul type="disc"> 189 <ul type="disc">
190 <li>Zesilovaèe zesilují nezávisle na velikosti napájecího napìtí 190 <li>Zesilovače zesilují nezávisle na velikosti napájecího napětí
191 </li> 191 </li>
192 <li>Zesilovaèe mohou zesilovat velké signály bez zkreslení 192 <li>Zesilovače mohou zesilovat velké signály bez zkreslení
193 </li> 193 </li>
194 <li>Rozkmit signálù mùže být témìø pøes celý rozsah napájení 194 <li>Rozkmit signálů může být téměř přes celý rozsah napájení
195 </li> 195 </li>
196 <li>Obvod se obejde bez rezistorù, které zabírají velkou plochu na èipu 196 <li>Obvod se obejde bez rezistorů, které zabírají velkou plochu na čipu
197 </li> 197 </li>
198 </ul> 198 </ul>
199 <p> 199 <p>
200 Podíváme se na zapojení jednoduchého komparátoru LM339. Komparátor je obvod, který na svém 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 201 výstupu indikuje polaritu napětí mezi svými vstupy. Velkému napětí na + vstupu odpovídá
202 velké napìtí na výstupu. Pøesnìji, pokud je napìtí na + vstupu vìtší než na – vstupu je na 202 velké napětí na výstupu. Přesněji, pokud je napětí na + vstupu větší než na – vstupu je na
203 výstupu velké napìtí (rozpojený výstupní tranzistor) a naopak. 203 výstupu velké napětí (rozpojený výstupní tranzistor) a naopak.
204 </p> 204 </p>
205 <p> 205 <p>
206 <img width="325" height="219" src="pic/image012.jpg" alt="Image"> 206 <img width="325" height="219" src="pic/image012.jpg" alt="Image">
207 <img width="367" height="333" src="pic/image013.jpg" alt="Image"> 207 <img width="367" height="333" src="pic/image013.jpg" alt="Image">
208 </p> 208 </p>
209 <p> 209 <p>
210 Obvod Q13, R1, D5, D6 tvoøí jednoduchý proudový zdroj. Proud urèuje R1 na kterém bude cca 210 Obvod Q13, R1, D5, D6 tvoří jednoduchý proudový zdroj. Proud určuje R1 na kterém bude cca
211 0.7V. 211 0.7V.
212 </p> 212 </p>
213 <p> 213 <p>
214 Odpor R2 je startovací. Bez nìho by po zapnutí napájení IO nezaèal fungovat protože by 214 Odpor R2 je startovací. Bez něho by po zapnutí napájení IO nezačal fungovat protože by
215 všechny tranzistory zùstaly zavøené. 215 všechny tranzistory zůstaly zavřené.
216 </p> 216 </p>
217 <p> 217 <p>
218 Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoøí proudové zrcadlo a napájí pøíslušné èásti obvodu. 218 Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoří proudové zrcadlo a napájí příslušné části obvodu.
219 </p> 219 </p>
220 <p> 220 <p>
221 Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatìžovací odpory vstupním 221 Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatěžovací odpory vstupním
222 tranzistorùm Q2, Q4, které jsou zapojené jako rozdílový zesilovaè. 222 tranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jako rozdílový zesilovač.
223 </p> 223 </p>
224 <p> 224 <p>
225 Druhý obvod je to samé ale z  katalogu jiného výrobce. Èasto se pomocné obvody v  225 Druhý obvod je to samé ale z  katalogu jiného výrobce. Často se pomocné obvody v 
226 integrovaných obvodech kreslí zjednodušenì nebo se nekreslí vùbec (napøíklad rùzné ochranné 226 integrovaných obvodech kreslí zjednodušeně nebo se nekreslí vůbec (například různé ochranné
227 obvody). 227 obvody).
228 </p> 228 </p>
229 <p> 229 <p>
230 Proudové zdroje rùzní výrobci kreslí rùznì. Tady jsou nìkteré z  bìžných možností: 230 Proudové zdroje různí výrobci kreslí různě. Tady jsou některé z  běžných možností:
231 </p> 231 </p>
232 <p> 232 <p>
233 <img width="64" height="41" src="pic/image014.jpg" alt="Image"> 233 <img width="64" height="41" src="pic/image014.jpg" alt="Image">
234 <img width="68" height="40" src="pic/image015.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"> 235 <img width="44" height="40" src="pic/image016.jpg" alt="Image">
Line 243... Line 243...
243 <!-- 243 <!--
244 DrawFooter(); 244 DrawFooter();
245 // --> 245 // -->
246 </script> 246 </script>
247 <noscript> 247 <noscript>
248 <b> Pro zobrazen¡ (vlo§en¡) hlaviŸky je potýeba JavaScript </b> 248 <b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b>
249 </noscript> 249 </noscript>
250 </div> 250 </div>
251   251  
252 </body> 252 </body>
253   253