<!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 základnà 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 zobrazenà (vloženÃ) hlaviÄky je potÅeba 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 zobrazenà (vloženÃ) menu je potÅeba 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 pÅi konstrukci integrovaných obvodů asi stejnÄ
důležité, jako obyÄejný rezistor pro bÄžné tranzistorové obvody.
Zdroje proudu se Äasto použÃvajà mÃsto zatÄžovacÃch odporů
v kolektorech zesilovacÃch stupÅů a v diferenciálnÃch
stupnÃch (operaÄnÃch) zesilovaÄů.
</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 nabÃjeÄ akumulátorů">
<img width=234 height=255 src="Pictures/image002.gif"
alt="Zjednodušený zdroj proudu">
</p>
<p>
Tento zdroj proudu funguje tak, že se napÄtà na ZenerovÄ diodÄ zesiluje
emitorovým sledovaÄem (zesilovaÄem se spoleÄným kolektorem) tak, že
na odporu Re je napÄtà Uz zmenÅ¡ené o úbytek na pÅechodu B-E (cca 0.7V).
Pokud toto napÄtà klesne, poteÄe vÄtÅ¡Ã proud pÅechodem B-E a tranzistor
se bude otevÃrat a bude tak do Re propouÅ¡tÄt vÄtÅ¡Ã proud a naopak.
</p>
<p>
Protože proud kolektorem je prakticky stejný jako proud emitorem
(je menÅ¡Ã o proud báze, který je beta krát menÅ¡Ã) bude se tranzistor
otevÃrat a zavÃrat tak, aby proud zátÄžà byl stále stejný.
</p>
<p>
Toto schéma ukazuje konkrétnà použità zdroje proudu pro nabÃjeÄku NiCd
akumulátorů v režimu konstantnÃho proudu.
</p>
<p>
Zdroj proudu může fungovat pouze v pÅÃpadÄ, že je napájecÃ
dostateÄnÄ velké na to, aby pÅi nastaveném proudu zbylo jeÅ¡tÄ nÄjaké
napÄtà i na tranzistor.
</p>
<p>
Velikost napájecÃho napÄtà je omezeno maximálnÃm napÄtÃm, které
tranzistor snese a maximálnÃm výkonem, který je možné na tranzistoru
uchladit.
</p>
<p>
<img width=359 height=166 src="Pictures/image003.gif"
alt="Zdroj proudu s integrovaným stabilizátorem napÄtÃ">
</p>
<p>
To je principálnÄ stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snažà udržovat
mezi vývody OUT a ADJ konstantnà napÄtà 1.25V. TÃm je dán proud
rezistorem Re a tÃm i zátÄžÃ. PÅesnost je zde ponÄkud zhorÅ¡ena 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 procházejÃcà rezistorem
P rozdÄlà na proud báze a proud kolektoru podle proudového zesilovacÃho
Äinitele tranzistoru:
</p>
<p>
<img width=73 height=19 src="Pictures/image005.gif"
alt="Vzorec Ic = I21e * Ib">
</p>
<p>
Tranzistor se bude otevÃrat do té doby, až bude napÄtà na bázi
(a kolektoru) zmenšà na cca 0.7V.
</p>
<p>
Takto zapojený tranzistor se bÄžnÄ objevuje v integrovaných obvodech
v mÃstech, kde je potÅeba posunout napÄtà o cca 0.7V.
</p>
<h1> Proudové zrcadlo</h1>
<img width=193 height=215 src="Pictures/image006.gif"
alt="Schéma proudového zrcadla">
<p>
Uvedené zapojenà se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud
Iref na vstupu urÄuje proud zátÄžà Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné
a majà stejnou teplotu bude:
</p>
<p>
<img width=48 height=19 src="Pictures/image007.gif"
alt="Vzorec Iz je pÅiblyžnÄ Iref">
</p>
<p>
Prvnà tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné
a majà stejnou teplotu poteÄe do báze druhého tranzistoru stejný proud
jako do prvnÃho tranzistoru.
</p>
<p>
<img width=51 height=19 src="Pictures/image008.gif"
alt="Vzorec Ib1 je pÅibližnÄ shodné s Ib2">
</p>
<p>
TÃm je druhý tranzistor otevÅený pro stejný proud jako tranzistor prvnÃ.
</p>
<p>
<img width=199 height=250 src="Pictures/image009.gif"
alt="Schéma proudového zrcadla s hodnotami proudu">
</p>
<p>
Toto je stejné zapojenà ale s konkrétnÃmi proudy a napÄtÃmi.
Je vidÄt, že pÅevodnà pomÄr zrcadla nenà pÅesnÄ 1:1 ale Äást
referenÄnÃho proudu se spotÅebuje pro napájenà bázà obou tranzistorů.
PÅesnost je tÃm lepÅ¡Ã, ÄÃm je vÄtÅ¡Ã zesÃlenà obou tranzistorů.
</p>
<p>
U integrovaných obvodů je obtÞné dosáhnout konkrétnà velikosti zesÃlen,
ale je snadné vyrobit tranzistory, které jsou stejné.
</p>
<p>
<img width=244 height=250 src="Pictures/image010.gif"
alt="Schéma vÃcenásobného proudového zrcadla">
</p>
<p>
Pokud vezmeme dva obyÄejné tranzistory bude pÅevodnà pomÄr zrcadla
urÄitÄ jiný než 1:1 ale zrcadlo bude pÄknÄ fungovat. Vážným problémem
ale bude udrženà shodné teploty obou tranzistorů. Protože na teplotÄ
závisà napÄtà Ube (vyÅ¡Å¡Ã teplota znamená nižšà napÄtà na diodÄ Ube)
bude se pÅevodnà pomÄr zrcadla mÄnit s rozdÃlem teploty obou
tranzistorů.
</p>
<p>
Zrcadlo může zrcadlit referenÄnà proud do vÄtÅ¡Ãho poÄtu výstupů.
Tranzistor Q2 nenà nijak zvláštnÃ, to se jen kreslà báze jako by byla
průchozà aby bylo schéma pÅehlednÄjÅ¡Ã.
</p>
<p>
Pokud konstruktér integrovaného obvodu potÅebuje jiný pÅevodnà pomÄr
než 1:1 tak udÄlá nÄkteré výstupnà tranzistoru vÄtÅ¡Ã a nÄkteré
menÅ¡Ã.
</p>
<p>
VÄtÅ¡Ã tranzistor si můžeme pÅedstavit jako nÄkolik malých tranzistorů
spojených paralelnÄ. Tedy i výstupnà proud bude vÄtÅ¡Ã.
</p>
<p>
<img width=212 height=250 src="Pictures/image011.gif"
alt="Zlepšené proudové zrcadlo">
</p>
<p>
Poslednà zapojenà ukazuje, jak zlepÅ¡it pÅesnost zrcadlenà referenÄnÃho
proudu. Tranzistor Q3 funguje jako emitorový sledovaÄ a napájà báze
Q1 a Q2 aniž by podstatnÄ užÃral referenÄnà proud.
</p>
<p>
NapÄtà na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.
</p>
<h1> Kde se proudové zrcadlo použÃvá </h1>
<p>
StruÄnÄ ÅeÄeno, proudové zrcadlo se použÃvá ve vÅ¡ech analogových
integrovaných obvodech i v mnohých ÄÃslicových integrovaných
obvodech. Použità proudového zrcadla a zdroje proudu jako zátÄže
pro tranzistory, které zesilujà užiteÄný signál pÅinášà obrovské
výhody:
</p>
<ul>
<li> ZesilovaÄe zesilujà nezávisle na velikosti napájecÃho napÄtÃ</li>
<li> ZesilovaÄe mohou zesilovat velké signály bez zkreslenà </li>
<li> Rozkmit signálů může být témÄÅ pÅes celý rozsah napájenÃ</li>
<li> Obvod se obejde bez rezistorů, které zabÃrajà velkou plochu na Äipu</li>
</ul>
<p>
PodÃváme se na zapojenà jednoduchého komparátoru LM339.
Komparátor je obvod, který na svém výstupu indikuje polaritu napÄtÃ
mezi svými vstupy. Velkému napÄtà na + vstupu odpovÃdá velké napÄtÃ
na výstupu. PÅesnÄji, pokud je napÄtà na + vstupu vÄtÅ¡Ã než na
â vstupu je na výstupu velké napÄtà (rozpojený výstupnà tranzistor)
a naopak.
</p>
<p>
<img width=325 height=219 src="Pictures/image012.jpg"
alt="VnitÅnà zapojenà komparátoru">
<img width=367 height=333 src="Pictures/image013.jpg"
alt="VnitÅnà zapojenà komparátoru">
</p>
<p>
Obvod Q13, R1,D5, D6 tvoÅà jednoduchý proudový zdroj. Proud urÄuje R1
na kterém bude cca 0.7V.
</p>
<p>
Odpor R2 je startovacÃ. Bez nÄho by po zapnutà napájenà IO
nezaÄal fungovat protože by vÅ¡echny tranzistory zůstaly zavÅené.
</p>
<p>
Tranzistory Q9, Q12, Q14 tvoÅà proudové zrcadlo a napájà pÅÃsluÅ¡né
Äásti obvodu.
</p>
<p>
Tranzistory Q5, Q6 jsou také proudové zrcadlo a sloužà jako zatÄžovacÃ
odpory vstupnÃm tranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jako
rozdÃlový zesilovaÄ.
</p>
<p>
Druhý obvod je to samé ale z katalogu jiného výrobce.
Äasto se pomocné obvody v integrovaných obvodech kreslÃ
zjednoduÅ¡enÄ nebo se nekreslà vůbec (napÅÃklad různé ochranné obvody).
</p>
<p>
Proudové zdroje různà výrobci kreslà různÄ. Tady jsou nÄkteré
z bÄžných možnostÃ:
</p>
<p>
<img width=64 height=41 src="Pictures/image014.jpg"
alt="Schématická znaÄka proudového zdroje">
<img width=68 height=40 src="Pictures/image015.jpg"
alt="Schématická znaÄka proudového zdroje">
<img width=44 height=40 src="Pictures/image016.jpg"
alt="Schématická znaÄka proudového zdroje">
<img width=29 height=41 src="Pictures/image017.jpg"
alt="Schématická znaÄka proudového zdroje">
</p>
</div>
<!-- AUTOINCLUDE START "Page/Footer.cs.ihtml" DO NOT REMOVE -->
<!-- ============== PATIÄKA ============== -->
<div class="Footer">
<script type="text/javascript">
<!--
SetRelativePath("../../../../../");
DrawFooter();
// -->
</script>
<noscript>
<p><b> Pro zobrazenà (vloženÃ) hlaviÄky je potÅeba JavaScript </b></p>
</noscript>
</div>
<!-- AUTOINCLUDE END -->
</body>
</html>
|