<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd"><html><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8"><title> Proudové zrcadlo </title><meta name="keywords" content="stavebnice MLAB proudové zrcadlo"><meta name="description" content="Projekt MLAB, Proudové zrcadlo"><!-- AUTOINCLUDE START "Page/Head.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --><link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB základní styl"><link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB_Print.css" type="text/css" media="print"><link rel="shortcut icon" type="image/x-icon" href="../../../../Web/PIC/MLAB.ico"><script type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script><!-- AUTOINCLUDE END --></head><body lang="cs"><!-- AUTOINCLUDE START "Page/Header.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --><!-- ============== HLAVICKA ============== --><div class="Header"><script type="text/javascript"><!--SetRelativePath("../../../../");DrawHeader();// --></script><noscript><p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p></noscript></div><!-- AUTOINCLUDE END --><!-- AUTOINCLUDE START "Page/Menu.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --><!-- ============== MENU ============== --><div class="Menu"><script type="text/javascript"><!--SetRelativePath("../../../../");DrawMenu();// --></script><noscript><p><b> Pro zobrazení (vložení) menu je potřeba JavaScript </b></p></noscript></div><!-- AUTOINCLUDE END --><!-- ============== TEXT ============== --><div class="Text"><p class="Title">Proudové zrcadlo</p><p class=Autor>Milan Horkel</p><p class="Subtitle">Zdroje proudu jsou při konstrukci integrovaných obvodů asi stejnědůležité, jako obyčejný rezistor pro běžné tranzistorové obvody.Zdroje proudu se často používají místo zatěžovacích odporův kolektorech zesilovacích stupňů a v diferenciálníchstupních (operačních) zesilovačů.</p><p><a href="../Proudové zrcadlo.pdf"><img class="NoBorder"src="../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"alt="Acrobat"> PDF verze</a></p><h1> Jednoduchý zdroj proudu </h1><p><img width=242 height=255 src="Pictures/image001.gif"alt="Zdroj proudu jako nabíječ akumulátorů"><img width=234 height=255 src="Pictures/image002.gif"alt="Zjednodušený zdroj proudu"></p><p>Tento zdroj proudu funguje tak, že se napětí na Zenerově diodě zesilujeemitorovým sledovačem (zesilovačem se společným kolektorem) tak, žena odporu Re je napětí Uz zmenšené o úbytek na přechodu B-E (cca 0.7V).Pokud toto napětí klesne, poteče větší proud přechodem B-E a tranzistorse bude otevírat a bude tak do Re propouštět větší 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 tranzistorotevírat a zavírat tak, aby proud zátěží byl stále stejný.</p><p>Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíječku NiCdakumulátorů v režimu konstantního proudu.</p><p>Zdroj proudu může fungovat pouze v případě, že je napájecídostatečně velké na to, aby při nastaveném proudu zbylo ještě nějakénapětí i na tranzistor.</p><p>Velikost napájecího napětí je omezeno maximálním napětím, kterétranzistor snese a maximálním výkonem, který je možné na tranzistoruuchladit.</p><p><img width=359 height=166 src="Pictures/image003.gif"alt="Zdroj proudu s integrovaným stabilizátorem napětí"></p><p>To je principálně stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovatmezi vývody OUT a ADJ konstantní napětí 1.25V. Tím je dán proudrezistorem Re a tím i zátěží. Přesnost je zde poněkud zhoršena proudemIq ze vstupu ADJ stabilizátoru.</p><h1> Tranzistor jako dioda </h1><p><img width=107 height=255 src="Pictures/image004.gif"alt="Tranzistor zapojený jako dioda"></p><p>U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistoremP rozdělí na proud báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacíhočinitele tranzistoru:</p><p><img width=73 height=19 src="Pictures/image005.gif"alt="Vzorec Ic = I21e * Ib"></p><p>Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napětí na bázi(a kolektoru) zmenší na cca 0.7V.</p><p>Takto zapojený tranzistor se běžně objevuje v integrovaných obvodechv místech, kde je potřeba posunout napětí o cca 0.7V.</p><h1> Proudové zrcadlo</h1><img width=193 height=215 src="Pictures/image006.gif"alt="Schéma proudového zrcadla"><p>Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proudIref na vstupu určuje proud zátěží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejnéa mají stejnou teplotu bude:</p><p><img width=48 height=19 src="Pictures/image007.gif"alt="Vzorec Iz je přiblyžně Iref"></p><p>První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejnéa mají stejnou teplotu poteče do báze druhého tranzistoru stejný proudjako do prvního tranzistoru.</p><p><img width=51 height=19 src="Pictures/image008.gif"alt="Vzorec Ib1 je přibližně shodné s Ib2"></p><p>Tím je druhý tranzistor otevřený pro stejný proud jako tranzistor první.</p><p><img width=199 height=250 src="Pictures/image009.gif"alt="Schéma proudového zrcadla s hodnotami proudu"></p><p>Toto je stejné zapojení ale s konkrétními proudy a napětími.Je vidět, že převodní poměr zrcadla není přesně 1:1 ale částreferenčního proudu se spotřebuje pro napájení bází obou tranzistorů.Přesnost je tím lepší, čím je větší zesílení obou tranzistorů.</p><p>U integrovaných obvodů je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen,ale je snadné vyrobit tranzistory, které jsou stejné.</p><p><img width=244 height=250 src="Pictures/image010.gif"alt="Schéma vícenásobného proudového zrcadla"></p><p>Pokud vezmeme dva obyčejné tranzistory bude převodní poměr zrcadlaurčitě jiný než 1:1 ale zrcadlo bude pěkně fungovat. Vážným problémemale bude udržení shodné teploty obou tranzistorů. Protože na teplotězávisí napětí Ube (vyšší teplota znamená nižší napětí na diodě Ube)bude se převodní poměr zrcadla měnit s rozdílem teploty oboutranzistorů.</p><p>Zrcadlo může zrcadlit referenční proud do většího počtu výstupů.Tranzistor Q2 není nijak zvláštní, to se jen kreslí báze jako by bylaprůchozí aby bylo schéma přehlednější.</p><p>Pokud konstruktér integrovaného obvodu potřebuje jiný převodní poměrnež 1:1 tak udělá některé výstupní tranzistoru větší a některémenší.</p><p>Větší tranzistor si můžeme představit jako několik malých tranzistorůspojených paralelně. Tedy i výstupní proud bude větší.</p><p><img width=212 height=250 src="Pictures/image011.gif"alt="Zlepšené proudové zrcadlo"></p><p>Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit přesnost zrcadlení referenčníhoproudu. Tranzistor Q3 funguje jako emitorový sledovač a napájí bázeQ1 a Q2 aniž by podstatně užíral referenční proud.</p><p>Napětí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.</p><h1> Kde se proudové zrcadlo používá </h1><p>Stručně řečeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogovýchintegrovaných obvodech i v mnohých číslicových integrovanýchobvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu jako zátěžepro tranzistory, které zesilují užitečný signál přináší obrovskévýhody:</p><ul><li> Zesilovače zesilují nezávisle na velikosti napájecího napětí</li><li> Zesilovače mohou zesilovat velké signály bez zkreslení </li><li> Rozkmit signálů může být téměř přes celý rozsah napájení</li><li> Obvod se obejde bez rezistorů, které zabírají velkou plochu na čipu</li></ul><p>Podíváme se na zapojení jednoduchého komparátoru LM339.Komparátor je obvod, který na svém výstupu indikuje polaritu napětímezi svými vstupy. Velkému napětí na + vstupu odpovídá velké napětína výstupu. Přesněji, pokud je napětí na + vstupu větší než na– vstupu je na výstupu velké napětí (rozpojený výstupní tranzistor)a naopak.</p><p><img width=325 height=219 src="Pictures/image012.jpg"alt="Vnitřní zapojení komparátoru"><img width=367 height=333 src="Pictures/image013.jpg"alt="Vnitřní zapojení komparátoru"></p><p>Obvod Q13, R1,D5, D6 tvoří jednoduchý proudový zdroj. Proud určuje R1na kterém bude cca 0.7V.</p><p>Odpor R2 je startovací. Bez něho by po zapnutí napájení IOnezačal fungovat protože by všechny tranzistory zůstaly zavřené.</p><p>Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoří proudové zrcadlo a napájí příslušnéčásti obvodu.</p><p>Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatěžovacíodpory vstupním tranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jakorozdílový zesilovač.</p><p>Druhý obvod je to samé ale z katalogu jiného výrobce.Často se pomocné obvody v integrovaných obvodech kreslízjednodušeně nebo se nekreslí vůbec (například různé ochranné obvody).</p><p>Proudové zdroje různí výrobci kreslí různě. Tady jsou některéz běžných možností:</p><p><img width=64 height=41 src="Pictures/image014.jpg"alt="Schématická značka proudového zdroje"><img width=68 height=40 src="Pictures/image015.jpg"alt="Schématická značka proudového zdroje"><img width=44 height=40 src="Pictures/image016.jpg"alt="Schématická značka proudového zdroje"><img width=29 height=41 src="Pictures/image017.jpg"alt="Schématická značka proudového zdroje"></p></div><!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE --><!-- ============== PATIČKA ============== --><div class="Footer"><script type="text/javascript"><!--SetRelativePath("../../../../");DrawFooter();// --></script><noscript><p><b> Pro zobrazení (vložení) hlavičky je potřeba JavaScript </b></p></noscript></div><!-- AUTOINCLUDE END --></body></html>