52、双极结型晶体管（BJT）电路详解

双极结型晶体管（BJT）电路详解

在电子电路领域，双极结型晶体管（BJT）扮演着至关重要的角色。它在模拟和数字电路中都有广泛应用，本文将深入探讨BJT在电流镜、开关以及逻辑门等方面的工作原理和特性。

1. 电流镜

电流镜是专门为模拟集成电路偏置而开发的电路，它充分利用了集成电路中出色的匹配特性。其基本功能是将输入或参考电流复制或镜像到输出，同时允许输出电压在指定范围内取任意值。

• 基本原理 ：在图14.8所示的电路中，电流 $I_2$ 旨在等于或“镜像”$I_1$ 的值。电流镜可以设计为电流源或电流阱。输出电流 $I_O$ 与输入电流 $I_{IN}$ 的关系可以表示为 $I_O = KI_{IN}$，其中 $K$ 可以等于、小于或大于1，这个常数可以通过相对器件尺寸精确确定，并且不随温度变化。
• 多输出电流源 ：图14.9展示了一个多输出电流源，所有输出电流都参考输入电流。这种多输出电流镜可用于偏置多个放大器级。
• 电流源工作电压范围 ：图14.10分别展示了理想和实际的电流阱。在理论电流阱中，节点A的电压可以连接到高于或低于地的任何电位，而不影响电流 $I$ 的值。但在实际电路中，晶体管必须保持在有源区，以提供电流 $I = \frac{\alpha(V_B - V_{BE})}{R}$。这要求集电极电压始终超过电压 $V_B$，其上限由晶体管的击穿电压 $BV_{CE}$ 决定。输出电压必须满足 $V_B < V_C < (V_B + BV_{CE})$，这个电压范围称为输出电压合规范围或输出合规性。