三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。三极管作为半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。本文将给介绍一种电路中常用的三极管应用——电流镜。
顾名思义,从名字而言就知道应该是和电流镜像有关的电路。
同时我们都知道在放大区,三极管基极电流Ib和集电极电流Ic,满足以下关系:
β是三极管的放大系数,这个系数会随着温度的变化而变化,进而Ic的电流也会随着变化。所以说你想直接用三极管作为电流源可能有点不现实。那么就有了今天的电流镜电路:
俩个NPN三极管Q1 和 Q2 基极链接在一起。共射极接地。
其中IR=Ic1+IB。
由于三极管Q1和Q2的BE都是对地,所以他们的电压相等,又加上Q1和Q2是完全相同的俩个三极管,他们的参数也完全相同。
则有IB=Ib1+Ib2. 且Ib1=Ib2.
这里就用到了三极管放大倍数的特性,或者说三极管的集电极电流Ic是由Ib来控制的。
那么到这里呢,非常的明显,Ib1和Ib2相等,三极管完全相同,则Ic1=Ic2.到这还不算完,最关键的是他们的电流。假设β等于100.那么IR=Ic1+Ib1, Ic1=100*Ib1.也就是说 IR=101*Ib1.可以给一个粗略的结论:
IR基本上约等于Ic1。至此,电流镜电路的原理基本到此结束,可以说控制电阻R1的阻值,就可以控制流过R2的电流。让我们来证明一下。
现在根据电流表AM1的读数,电流为43.43mA,我们改变右侧电阻R2到50欧姆。
看到流过电流表示数是44.61mA,还是非常接近更改之前的读数。
电流镜的作用总结
模拟电路中,用于实现恒流源或恒压源。例如,在电路中需要一个稳定的恒定电流或电压时,可以使用电流镜电路来实现。
在数字电路中,用于实现 CMOS 逻辑门和静态随机存储器(SRAM)。电流镜电路用于提供稳定的电流,从而确保 CMOS 逻辑门和 SRAM 的正确性和稳定性。
作为比较器的基本部件。在比较器中,电流镜电路可以将两个电流进行比较,从而实现电压比较。
用于测量电流。在一些实验室中,需要测量电路中的电流。使用电流镜电路,可以将电流转换为电压,然后通过测量电压来确定电流的大小。
总之,三极管电流镜电路广泛应用于各种电路中,特别是需要精确电流控制的电路。
结语
电流镜电路的实现看起来很简单,但有很多事情要做。电流镜的简单两个晶体管实现基于以下基本关系:在相同温度下,具有相同V GS (用于 MOS)或V BE (用于 BJT)的两个相同尺寸的晶体管具有相同的漏极或集电极电流。为了最好地理解这个重要的电路构建块以及它如何利用这种关系,我们需要将电路分解为输入和输出部分,并依次检查每个部分。
电流镜是一种电路块,其功能是通过复制输出端子中的电流来产生流入或流出输入端子的电流的副本。电流镜的一个重要特性是相对较高的输出电阻,无论负载条件如何,它都有助于保持输出电流恒定。电流镜的另一个特点是相对较低的输入电阻,无论驱动条件如何,这有助于保持输入电流恒定。被“复制”的电流可以并且经常是变化的信号电流。电流镜通常用于在放大器级中提供偏置电流和有源负载。