56、双极结型晶体管（BJT）电路原理与应用解析

双极结型晶体管（BJT）电路原理与应用解析

1. 电流镜的基本原理与特性

电流镜的概念专为模拟集成电路偏置而开发，它充分利用了集成电路中出色的匹配特性。在电流镜电路中，目标是使输出电流等于或“镜像”输入电流。其一般功能是将输入或参考电流复制到输出，同时允许输出电压在指定范围内取任意值。输出电流可以表示为输入电流乘以比例因子 (K) 的函数，即 (I_O = KI_{IN})，其中 (K) 可以等于、小于或大于 1，该常数可通过相对器件尺寸精确确定，且不随温度变化。

电流镜可设计为电流源或电流阱。在图 14.9 所示的多输出电流源中，所有输出电流都参考输入电流，可用于为多个放大器级提供偏置。

2. 电流源的工作电压范围

电流源的工作电压范围非常重要。理想的电流阱中，节点电压可连接到高于或低于地的任意电位而不影响电流值。但实际电路中，为了使晶体管保持在有源区以提供特定电流 (I = \alpha\frac{V_B - V_{BE}}{R})，需要满足 (V_B < V_C < (V_B + BV_{CE}))，其中 (BV_{CE}) 是晶体管集电极到发射极的击穿电压，这个电压范围被称为输出电压合规范围或输出合规性。

3. 电流镜的分析

假设器件 (Q_1) 和 (Q_2) 是匹配的，发射极电流 (I_{E1} = I_{E2} = I_{EO}e^{V_{BE}/V_T})，基极电流 (I_{B1} = I_{B2} = \frac{I_{EO}}{\beta + 1}e^{V_{BE}/V_T})。器件 (Q_1) 工作在有源区但接近饱和，其集电极 - 发射极电压很小，集电极电流 (I_{C1} \a