理解双极结型晶体管电路中的电流镜
双极结型晶体管或 BJT 电流镜
电流镜是最广泛使用的 BJT 电路之一。它作为一个简单、可靠的电流调节器，在宽负载电阻范围内维持通过负载的近乎恒定电流。
在有源模式下，集电极电流 (IC) 等于基极电流 (IB) 乘以晶体管电流增益 β。集电极与发射极电流之比为 α，可从 β 导出：α = β/(β+1)。这一关系表明，正如固定基极电流固定 IC，固定发射极电流也将在晶体管保持有源区时固定 IC。
BJT 的基极-发射极结表现如 PN 二极管。著名的二极管方程预测给定正向电压和温度下的结电流：
二极管方程公式
若正向电压和温度保持恒定，PN 结电流恒定。因此，维持恒定基极-发射极电压 (VBE) 会迫使发射极电流 (IE) 从而集电极电流 (IC) 保持恒定，前提是晶体管有足够 VCE 维持有源模式。
为保持 VBE 稳定，将一个正向偏置二极管并联在基极-发射极结上，如图所示：
该二极管建立约 0.7 V 压降，保持基极电压——从而基极、发射极和集电极电流——稳定。实际电压随电流和温度略有变化，但二极管和晶体管基极-发射极结共享相同 PN 结物理，故发射极电流紧跟二极管电流。调节偏置电阻 (Rbias) 改变二极管电流，直接设定发射极和集电极电流。
因典型 BJT 的 α 接近 1，集电极电流基本镜像二极管电流。Rload 的负载电流因此由偏置电阻设定，使电流镜成为用单电阻调节负载电流的便捷方式。
为更紧密匹配两个 PN 结，可用第二晶体管替换二极管，得到一对匹配晶体管的电流镜配置：
温度匹配至关重要，因二极管方程依赖温度。分立元件可背靠背粘合，集成电路通常将匹配晶体管紧密放置以确保等温。
两个 NPN 晶体管的拓扑（图 a）为灌电流镜：调节晶体管将电流从负载吸至地。若需接地负载，可用 PNP 晶体管（图 b）实现源电流镜。
IC 设计中，电阻常由晶体管基电流源替代。单一电压基准可驱动多个电流镜：Q2、Q3、Q4 共享同一基准电流，其负载电流随晶体管面积缩放。例如，面积加倍的晶体管提供双倍电流，无需并联电阻。
电流镜常用作集成放大器的负载器件。例如 741 运放中，Q13 的镜替代 Q15 和 Q17 的电阻负载，演示镜如何在高密度 IC 中替代电阻。
回顾：
- 电流镜是通过简单偏置电阻固定负载电流的晶体管电路。
- 精确工作要求晶体管共享相同温度；分立件可粘合，IC 则紧密布局。
- 电流镜有两种基本配置：灌电流（NPN）和源电流（PNP）。
相关工作表：
- 放大器电路有源负载工作表
- 差分晶体管放大器工作表
工业技术