<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN"><html><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8"<title>proudové zrcadlo</title><link rel="StyleSheet" href="../../../../Web/CSS/MLAB.css" type="text/css" title="MLAB z kladnˇ styl"><script language="JavaScript" type="text/javascript" src="../../../../Web/JS/MLAB_Menu.js"></script></head><body lang="cs"><!-- ============== HLAVI¬KA ============== --><div class="Header"><script type="text/javascript"><!--SetRelativePath("../../../../");DrawHeader(); // mozno zmenit nadpis v hlavicce// --></script><noscript><b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b></noscript></div><!-- ============== MENU ============== --><div class="Menu"><script type="text/javascript"><!--DrawMenu();// --></script><noscript><b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b></noscript></div><!-- ============== TEXT STRANKY ============== --><div class="Text"><p class="Titul">Proudové zrcadlo</p><p class="Autor">Milan Horkel</p><p class="Subtitle">Zdroje proudu jsou při konstrukci integrovaných obvodů asi stejně důležité, jako obyčejnýrezistor pro běžné tranzistorové obvody. Zdroje proudu se často používají místozatěžovacích odporů v kolektorech zesilovacích stupňů a v diferenciálních stupních(operačních) zesilovačů.</p><h1>1.Jednoduchý zdroj proudu</h1><p><img width="242" height="255" src="pic/image001.gif" alt="Image"> <img width="234" height="255" src="pic/image002.gif" alt="Image"></p><p>Tento zdroj proudu funguje tak, že se napětí na Zenerově diodě zesiluje emitorovýmsledovačem (zesilovačem se společným kolektorem) tak, že na odporu Re je napětí Uz zmenšenéo úbytek na přechodu B-E (cca 0.7V). Pokud toto napětí klesne, poteče větší proudpřechodem B-E a tranzistor se bude otevírat a bude tak do Re propouštět větší proud anaopak.</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 bylstále stejný.</p><p>Toto schéma ukazuje konkrétní použití zdroje proudu pro nabíječku NiCd akumulátorů vrežimu konstantního proudu.</p><p>Zdroj proudu může fungovat pouze v případě, že je napájecí dostatečně velké na to, aby přinastaveném proudu zbylo ještě nějaké napětí i na tranzistor.</p><p>Velikost napájecího napětí je omezeno maximálním napětím, které tranzistor snese amaximálním výkonem, který je možné na tranzistoru uchladit.</p><p><img width="359" height="166" src="pic/image003.gif" alt="Image"></p><p>To je principálně stejný zdroj proudu. Obvod LM317 se snaží udržovat mezi vývody OUT a ADJkonstantní napětí 1.25V. Tím je dán proud rezistorem Re a tím i zátěží. Přesnost je zdeponěkud zhoršena proudem Iq ze vstupu ADJ stabilizátoru.</p><h1>2. Tranzistor jako dioda</h1><p><img width="107" height="255" src="pic/image004.gif" alt="Image"></p><p>U tranzistoru zapojeného podle obrázku se proud procházející rezistorem P rozdělí na proudbáze a proud kolektoru podle proudového zesilovacího činitele tranzistoru:</p><p><img width="73" height="19" src="pic/image005.gif" alt="Image"></p><p>Tranzistor se bude otevírat do té doby, až bude napětí na bázi (a kolektoru) zmenší na cca0.7V.</p><p>Takto zapojený tranzistor se běžně objevuje v integrovaných obvodech v místech, kde jepotřeba posunout napětí o cca 0.7V.</p><h1>3. Proudové zrcadlo</h1><p><img width="193" height="215" src="pic/image006.gif" alt="Image"></p><p>Uvedené zapojení se jmenuje proudové zrcadlo, protože nastavený proud Iref na vstupu určujeproud zátěží Iz. Pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnou teplotu bude:</p><p><img width="48" height="19" src="pic/image007.gif" alt="Image"></p><p>První tranzistor funguje jako dioda a pokud jsou oba tranzistory stejné a mají stejnouteplotu poteče do báze druhého tranzistoru stejný proud jako do prvního tranzistoru.</p><p><img width="51" height="19" src="pic/image008.gif" alt="Image"></p><p>Tím je druhý tranzistor otevřený pro stejný proud jako tranzistor první.</p><p><img width="199" height="250" src="pic/image009.gif" alt="Image"></p><p>Toto je stejné zapojení ale s konkrétními proudy a napětími. Je vidět, že převodní poměrzrcadla není přesně 1:1 ale část referenčního proudu se spotřebuje pro napájení bází oboutranzistorů. Přesnost je tím lepší, čím je větší zesílení obou tranzistorů.</p><p>U integrovaných obvodů je obtížné dosáhnout konkrétní velikosti zesílen, ale je snadnévyrobit tranzistory, které jsou stejné.</p><p><img width="244" height="250" src="pic/image010.gif" alt="Image"></p><p>Pokud vezmeme dva obyčejné tranzistory bude převodní poměr zrcadla určitě jiný než 1:1 alezrcadlo bude pěkně fungovat. Vážným problémem ale bude udržení shodné teploty oboutranzistorů. Protože na teplotě závisí napětí Ube (vyšší teplota znamená nižší napětí nadiodě Ube) bude se převodní poměr zrcadla měnit s rozdílem teploty obou tranzistorů.</p><p>Zrcadlo může zrcadlit referenční proud do většího počtu výstupů. Tranzistor Q2 není nijakzvláštní, 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 uděláněkteré 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="pic/image011.gif" alt="Image"></p><p>Poslední zapojení ukazuje, jak zlepšit přesnost zrcadlení referenčního proudu. TranzistorQ3 funguje jako emitorový sledovač a napájí báze Q1 a Q2 aniž by podstatně užíralreferenční proud.</p><p>Napětí na kolektoru Q1 bude cca 2x0.7V.</p><h1>4. Kde se proudové zrcadlo používá</h1><p>Stručně řečeno, proudové zrcadlo se používá ve všech analogových integrovaných obvodech iv mnohých číslicových integrovaných obvodech. Použití proudového zrcadla a zdroje proudujako zátěže pro tranzistory, které zesilují užitečný signál přináší obrovské výhody:</p><ul type="disc"><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 svémvýstupu indikuje polaritu napětí mezi svými vstupy. Velkému napětí na + vstupu odpovídávelké napětí na výstupu. Přesněji, pokud je napětí na + vstupu větší než na – vstupu je navýstupu velké napětí (rozpojený výstupní tranzistor) a naopak.</p><p><img width="325" height="219" src="pic/image012.jpg" alt="Image"><img width="367" height="333" src="pic/image013.jpg" alt="Image"></p><p>Obvod Q13, R1, D5, D6 tvoří jednoduchý proudový zdroj. Proud určuje R1 na kterém bude cca0.7V.</p><p>Odpor R2 je startovací. Bez něho by po zapnutí napájení IO nezačal fungovat protože byvšechny 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 vstupnímtranzistorům Q2, Q4, které jsou zapojené jako rozdílový zesilovač.</p><p>Druhý obvod je to samé ale z katalogu jiného výrobce. Často se pomocné obvody vintegrovaných obvodech kreslí zjednodušeně nebo se nekreslí vůbec (například různé ochrannéobvody).</p><p>Proudové zdroje různí výrobci kreslí různě. Tady jsou některé z běžných možností:</p><p><img width="64" height="41" src="pic/image014.jpg" alt="Image"><img width="68" height="40" src="pic/image015.jpg" alt="Image"><img width="44" height="40" src="pic/image016.jpg" alt="Image"><img width="29" height="41" src="pic/image017.jpg" alt="Image"></p></div><!-- ============== PATICKA ============== --><div class=Footer><script type="text/javascript"><!--DrawFooter();// --></script><noscript><b> Pro zobrazenˇ (vlo§enˇ) hlaviźky je potýeba JavaScript </b></noscript></div></body></html>