当前镜像 BJT

双极结晶体管或 BJT 电流镜

应用双极结型晶体管的常用电路是所谓的电流镜 ，用作简单的电流调节器，在很宽的负载电阻范围内为负载提供几乎恒定的电流。

我们知道，在工作于有源模式的晶体管中，集电极电流等于基极电流乘以比率 β。我们也知道集电极电流和发射极电流之间的比率称为α。因为集电极电流等于基极电流乘以 β，发射极电流是基极电流和集电极电流之和，α 应该可以从 β 数学推导出来。如果你做代数，你会发现对于任何晶体管，α =β/(β+1)。

我们已经看到，根据 β 比率，通过有源晶体管保持恒定的基极电流如何导致集电极电流的调节。嗯，α 比率的工作原理类似：如果发射极电流保持恒定，只要晶体管具有足够的集电极到发射极电压降以将其保持在活动模式，集电极电流就会保持在稳定的调节值。因此，如果我们有办法使通过晶体管的发射极电流保持恒定，则晶体管将工作以将集电极电流调节为恒定值。

请记住，BJT 的基极-发射极结只不过是一个 PN 结，就像二极管一样，并且“二极管方程”指定了在给定正向压降和结温的情况下将有多少电流通过 PN 结：

二极管方程

如果结电压和温度都保持恒定，则 PN 结电流将是恒定的。按照这个基本原理，如果我们要保持晶体管的基极-发射极电压恒定，那么它的发射极电流将是恒定的，给定温度。考虑下面的示例图

常数 VBE 给出常数 IB、常数 IE 和常数 IC。

如果有足够的电池电压使晶体管处于活动模式以应对 Rload 电阻的任何变化，那么这个恒定的发射极电流乘以一个恒定的 α 比率，就会通过 Rload 提供恒定的集电极电流。

为了在晶体管的基极-发射极结上保持恒定电压，请使用正向偏置二极管建立大约 0.7 伏的恒定电压，并将其与基极-发射极结并联，如下图所示。

二极管结0.7 V保持恒定基极电压和恒定基极电流。

二极管两端的电压降可能不会正好是 0.7 伏。其上下降的准确正向电压量取决于通过二极管的电流和二极管的温度，所有这些都符合二极管方程。如果二极管电流增加（例如，通过降低 Rbias 的电阻），其压降将略微增加，从而增加晶体管基极 - 发射极结两端的压降，这将增加相同比例的发射极电流，假设二极管的 PN结和晶体管的基极-发射极结彼此匹配良好。换句话说，晶体管发射极电流在任何给定时间都将接近等于二极管电流。如果你通过改变 Rbias 的电阻值来改变二极管电流，那么晶体管的发射极电流也会随之改变，因为发射极电流的描述与二极管的方程相同，并且两个 PN 结都经历了相同的压降。

请记住，晶体管的集电极电流几乎等于其发射极电流，因为典型晶体管的 α 比率几乎为 1 (1)。如果我们通过简单的电阻调整设置二极管电流来控制晶体管的发射极电流，那么我们同样可以控制晶体管的集电极电流。换句话说，集电极电流模拟，或镜子 ，二极管电流。

因此，通过电阻器 Rload 的电流是偏置电阻器设置的电流的函数，两者几乎相等。这就是电流镜电路的作用：通过方便地调节R的值来调节通过负载电阻的电流 偏见 .通过二极管的电流可以用一个简单的公式来描述：电源电压减去二极管电压（几乎是一个恒定值），除以 Rbias 的电阻。

为了更好地匹配两个PN结（二极管结和晶体管基极-发射极结）的特性，可以使用晶体管代替常规二极管，如下图（a）。

电流镜电路。

因为温度是“二极管方程”中的一个因素，并且我们希望两个 PN 结在所有工作条件下都表现相同，所以我们应该将两个晶体管保持在完全相同的温度。通过将两个晶体管外壳背对背粘合，使用分立元件很容易做到这一点。如果晶体管是在单个硅芯片上一起制造的（作为所谓的集成电路 , 或 IC )，设计者应将两个晶体管放置在彼此靠近的位置，以促进它们之间的热传递。

上图 (a) 中显示的带有两个 NPN 晶体管的电流镜电路有时称为电流吸收 类型，因为调节晶体管将电流从负载拉到地（“吸收”电流），而不是强迫它从电池的正极流到负载（“拉出”电流）。如果我们希望有一个接地负载和一个电流源 镜像电路，我们可以使用PNP晶体管，如上图（b）。

虽然可以在 IC 中制造电阻器，但制造晶体管更容易。 IC 设计人员通过用电流源代替负载电阻器来避免某些电阻器。由分立元件构建的运算放大器等电路将具有几个晶体管和多个电阻器。集成电路版本将有许多晶体管和一些电阻器。在下图中的一个电压参考中，Q1 驱动多个电流源：Q2、Q3 和 Q4。如果 Q2 和 Q3 是等面积晶体管，负载电流 Iload 将相等。如果我们需要一个 2·Iload，并联 Q2 和 Q3。更好的是制造一个晶体管，比如 Q3，其面积是 Q2 的两倍。电流 I3 将是 I2 的两倍。换句话说，负载电流与晶体管面积成比例。

多个电流镜可以从单个（Q1 - Rbias）电压源。

请注意，习惯上通过多个电流镜的晶体管符号绘制基极电压线！或者在上图中的 Q4 的情况下，两个电流源与单个晶体管符号相关联。负载电阻几乎不可见，以强调在大多数情况下这些电阻不存在的事实。负载通常是另一个（多个）晶体管电路，例如差分放大器的一对发射极，例如“一个简单的运算放大器”，第 8 章中的 Q3 和 Q4。 通常，晶体管的集电极负载不是电阻器但是一个电流镜。例如Q4集电极的集电极负载，Ch 8为电流镜（Q2）。

对于具有多个集电极的电流镜的示例，输出参见 741 型运算放大器第 8 章中的 Q13。Q13 电流镜输出替代电阻器作为 Q15 和 Q17 的集电极负载。我们从这些例子中可以看出，电流镜在集成电路中比电阻器更适合作为负载。

评论：

• 一个当前镜像 是一种通过负载电阻调节电流的晶体管电路，调节点通过简单的电阻调节来设置。
• 电流镜电路中的晶体管必须保持在相同的温度下才能精确运行。使用分立晶体管时，您可以将它们的外壳粘在一起来实现这一点。
• 电流镜像电路有两种基本类型：电流下沉 配置，其中调节晶体管将负载接地；和当前的采购 配置，其中调节晶体管将负载连接到直流电源的正极。

相关工作表：

• 放大器电路中的有源负载工作表
• 差分晶体管放大器工作表