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