{HEADER END}
{FILE START}

MLAB

[/] [Articles/] [Texts Krouzek/] [Proudové zrcadlo/] [DOC/] [HTML/] [Proudové zrcadlo.cs.html] - Revize 981

Porovnej s předchozí - Blame - Stáhnout jako soubor

<!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 stejně
        důležité, jako obyčejný rezistor pro běžné tranzistorové obvody.
        Zdroje proudu se často používají místo zatěžovacích odporů
        v&nbsp;kolektorech zesilovacích stupňů a v&nbsp;diferenciálních
        stupních (operačních) zesilovačů.
      </p>
      <p>
        <a href="../Proudové zrcadlo.pdf"><img class="NoBorder"
           src="../../../../../Web/PIC/FileIco_PDF.ico"
           alt="Acrobat">&nbsp;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 zesiluje
        emitorovým sledovačem (zesilovačem se společným kolektorem) tak, že
        na 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 tranzistor
        se 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 tranzistor
        otevírat a zavírat tak, aby proud zátěží byl stále stejný.
      </p>

      <p>
        Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíječku NiCd
        akumulátorů v&nbsp;režimu konstantního proudu.
      </p>

      <p>
        Zdroj proudu může fungovat pouze v&nbsp;případě, že je napájecí
        dostatečně velké na to, aby při nastaveném proudu zbylo ještě nějaké
        napětí i na tranzistor.
      </p>

      <p>
        Velikost napájecího napětí je omezeno maximálním napětím, které
        tranzistor snese a maximálním výkonem, který je možné na tranzistoru
        uchladit.
      </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 udržovat
        mezi vývody OUT a ADJ konstantní napětí 1.25V. Tím je dán proud
        rezistorem Re a tím i zátěží. Přesnost je zde poněkud zhoršena proudem
        Iq 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 rezistorem
        P rozdělí na proud báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího
        činitele 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&nbsp;integrovaných obvodech
        v&nbsp;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 proud
        Iref na vstupu určuje proud zátěží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné
        a 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 stejné
        a mají stejnou teplotu poteče do báze druhého tranzistoru stejný proud
        jako 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&nbsp;konkrétními proudy a napětími.
         Je vidět, že převodní poměr zrcadla není přesně 1:1 ale část
         referenčního 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 zrcadla
        určitě jiný než 1:1 ale zrcadlo bude pěkně fungovat. Vážným problémem
        ale bude udržení shodné teploty obou tranzistorů. Protože na teplotě
        závisí napětí Ube (vyšší teplota znamená nižší napětí na diodě Ube)
        bude se převodní poměr zrcadla měnit s&nbsp;rozdílem teploty obou
        tranzistorů.
      </p>

      <p>
        Zrcadlo může zrcadlit referenční proud do většího počtu výstupů.
        Tranzistor Q2 není nijak zvláštní, to se jen kreslí báze jako by byla
        průchozí aby bylo schéma přehlednější.
      </p>

      <p>
        Pokud konstruktér integrovaného obvodu potřebuje jiný převodní poměr
        než 1:1 tak udělá některé výstupní tranzistoru větší a některé
        menší.
      </p>

      <p>
        Větší tranzistor si můžeme představit jako několik malých tranzistorů
        spojených 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 referenčního
        proudu. Tranzistor Q3 funguje jako emitorový sledovač a napájí báze
        Q1 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 analogových
        integrovaných obvodech i v&nbsp;mnohých číslicových integrovaných
        obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudu jako zátěže
        pro tranzistory, které zesilují užitečný signál přináší obrovské
        výhody:
      </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 napětí
        mezi svými vstupy. Velkému napětí na + vstupu odpovídá velké napětí
        na výstupu. Přesněji, pokud je napětí na +&nbsp; vstupu větší než na
        –&nbsp; 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 R1
        na kterém bude cca 0.7V.
      </p>

      <p>
        Odpor R2 je startovací. Bez něho by po zapnutí napájení IO
        nezačal fungovat protože by všechny tranzistory zůstaly zavřené.
      </p>

      <p>
        Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoří proudové zrcadlo a napájí příslušné
        části obvodu.
      </p>

      <p>
        Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a slouží jako zatěžovací
        odpory vstupním tranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jako
        rozdílový zesilovač.
      </p>

      <p>
        Druhý obvod je to samé ale z&nbsp;katalogu jiného výrobce.
        Často se pomocné obvody v&nbsp;integrovaných obvodech kreslí
        zjednodušeně nebo se nekreslí vůbec (například různé ochranné obvody).
      </p>

      <p>
        Proudové zdroje různí výrobci kreslí různě. Tady jsou některé
        z&nbsp;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>
{FILE END}
{FOOTER START}

Poháněno WebSVN v2.1 alpha 1