JP2723563B2 - 可変電流源 - Google Patents

可変電流源

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変電流源に関し、特に電圧源の電圧変化に
リニアに応答する可変電流源に関する。
〔従来の技術〕
第2図は従来の可変電流源の接続回路図で、通常、電
圧電流変換(V/I変換)回路として用いられているもの
である。
この従来の可変電流源は、一対のPNPトランジスタQ
11,Q12から成るカレント・ミラー回路を負荷とし、負荷
側から定電流回路1側を最低電位VSS端子および最高電
位VDD端子にそれぞれ接続した4個のPNPトランジスタ
6,Q7,Q8,Q9から成るダーリントン接続の差動増幅器を
主回路とするもので、カレント・ミラー負荷回路からNP
NトランジスタQ10のベースおよびエミッタを介してPNP
トランジスタQ9のベース端子に電流を帰還して平衡さ
せ、回路節点Aに入力端子2に接続された可変電圧源E
の電位と等しい電位が現われた状態で使用あれる。この
ように回路が平衡した状態では、回路節点Aの電位VA
と入力された可変電圧源Eの出力電位とは等電位にある
ので、負荷抵抗RにはI=VA/Rに相当する電流がNPNト
ランジスタQ10のエミッタ端子から供給され、電流吸込
端子3からはNPNトランジスタQ10のコレクタ電流I
C(=αI、但しαはNPNトランジスタのQ10のベース接
地電流増幅率)に相当する電流が吸込まれる。従って、
PNPトランジスタQ9のベースに帰還する電流が負荷抵抗
Rに流れる電流に対して無視できる範囲であれば、この
可変電流源は吸込端子3に接がる外部回路に対してすぐ
れた直線性を示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述した従来の可変電流源は、可変電
圧源Eの出力電位が最低電位VSSのレベルに近くなり、
負荷のカレント・ミラー回路からPNPトランジスタQ9
帰還されるベース電流分が抵抗Rに供給されるNPNトラ
ンジスタQ10のエミッタ電流よりも多くなると、NPNト
ランジスタQ10が出力端子3から吸込む電流値に誤差が
発生し、可変電流源Eの変化と出力端子3の吸込み電流
とが相対的にリニアに変化しなくなる欠点がある。
本発明の目的は、上記の状況に鑑み、可変電流源が回
路の最低電位レベルに接近したとき生じる従来の入力電
圧対出力電流特性の非直線性を改善した可変電流源を提
供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、可変電流源は、カレント・ミラー回
路を負荷とするダーリントン接続の差動増幅器と、前記
差動増幅器のエミッタ共通接続端子と定電流回路の出力
端子との間に挿入され前記定電流回路の出力電流を等分
配してベース出力するエミッタ共通接続の一対のトラン
ジスタから成るトランジスタ回路と、前記トランジスタ
回路のトランジスタの各ベース端子と前記差動増幅器の
ダーリントン入力段および出力段トランジスタのエミッ
タ端子との間にそれぞれ接続挿入され、前記トランジス
タ回路のベース出力電流を該入力段および出力段トラン
ジスタのエミッタに吸込電流としてそれぞれ供給する一
対のカレント・ミラー回路と、前記ダーリントン入力段
トランジスタの入力ベース端子と電源電位の一つとの間
に接続挿入される可変電圧源と、前記差動増幅器のカレ
ント・ミラー負荷回路の出力をダーリントン出力トラン
ジスタのベースに反転帰還せしめる帰還トランジスタ
と、前記帰還トランジスタの出力端子と前記電源電位の
一つとの間に接続挿入される負荷抵抗と、前記帰還トラ
ンジスタの入力端子に接続される電流吸込端子とを備え
ることを含んで構成される。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す可変電流源の接続回
路図である。本実施例によれば、本発明の可変電流源
は、負荷を一対のPNPトランジスタQ11,Q12から成るカ
レント・ミラー回路で構成する従来(第2図)と全く同
一回路構成の4個のPNPトランジスタQ6,Q7,Q8,Q9から
成るダーリントン接続の差動増幅器と、エミッタおよび
コレクタをそれぞれ共通接続し一方のエミッタ共通接続
端子を定電流回路1の出力端子に、また、他方のコレク
タ共通接続端子を差動増幅器の差動接続されたPNPトラ
ンジスタQ7,Q8のエミッタ共通接続端子にそれぞれ接続
して、定電流回路1からの分配電流を互いのベース端子
からそれぞれ等しく出力する一対のPNPトランジスタQ
16,Q17からなるトランジスタ回路と、この一対のPNPト
ランジスタQ16,Q17のベースをそれぞれ固定バイアスす
るPNPトランジスタQ14,Q15およびバイアス電源E0と、
このバイアスPNPトランジスタQ14,Q15のコレクタ端子
および差動増幅器の差動接続されたPNPトランジスタ
7,Q8のベース端子との間にそれぞれ接続挿入され、ダ
ーリントン入力段および出力段のPNPトランジスタQ6
よびQ9のエミッタ端子にトランジスタ回路からの分配
電流をそれぞれ吸込み電流として供給する一対のPNPト
ランジスタQ18,Q19およびQ20,Q21から成る2つのカレ
ント・ミラー回路と、ダーリントン入力段のPNPトラン
ジスタQ6のベース入力端子2と最低電位VSS端子との
間に接続される可変電圧源Eと、差動増幅器のカレント
・ミラー負荷回路の出力をダーリントン出力段のPNPト
ランジスタQ9のベース端子にそのベース,エミッタを
介して反転帰還するNPNトランジスタQ10と、このNPN帰
還トランジスタQ10のエミッタ端子と最低電位VSS端子
との間に接続挿入される負荷抵抗Rと、同じくこのNPN
帰還トランジスタQ10とインバーテッド・ダーリントン
接続を構成しエミッタ端子を電流吸込端子3に接続する
PNPトランジスタQ22とを含む。
本実施例によれば、回路が平衡した状態では回路節点
Aの電位VAと入力された可変電圧源Eの出力電位とは
従来回路と同じく等電位にある。従って、負荷抵抗Rに
は従来と同様にI=VA/Rに相当する電流が流れ、吸込
端子3からはPNPトランジスタQ22のエミッタ電流I
E(Q22)に相当する電流I3が吸込まれる。ところで、
定電流回路1が出力する定電流I0が、PNPトランジスタ
16,Q17で2I1に等分配された場合における出力段の各
トランジスタの動作電流を求めるとつぎの通りとなる。
すなわち、 (1) PNPトランジスタQ8のエミッタ,ベースの各電
流IE(Q8),IB(Q8)は、 IE(Q8)=α(Q17)・I1B(Q8)=IE(Q8)/{1+β(Q8)} =α(Q17・I1/{1+β(Q8)} (2) PNPトランジスタQ17のベース電流IB(Q17
は、 IB(Q17)=I1/{1+β(Q17)},[∴I1=IE
(Q17)] (3) PNPトランジスタQ15のコレクタ電流I
C(Q15)=α(Q15)・I1/{1+β(Q17)} 更にカレント・ミラー回路のPNPトランジスタQ20,Q21
との関係では、 IC(Q15)=IE(Q20)+IB(Q21) =IB(Q20)・{1+β(Q20)}+IB(Q21) 但し、IE(Q20)IB(Q20)およびIB(Q21)はそ
れぞれPNPトランジスタQ20のエミッタ電流,ベース電
流およびPNPトランジスタQ21のベース電流を示す。こ
こで、IB(Q20)=IB(Q21)=IB1,β(Q20)=
β(Q21)=β1と置いて、 IC(Q15)=IB1(2+β1) を得る。
(4) 従って、PNPトランジスタQ21のコレクタ電流
C(Q21)は上記(3)の関係を用いて、 IC(Q21)=IB(Q21)・β(Q21) ={IC(Q15)/(2+β1)}・β1 =[β1/(2+β1)]・ [α(Q15)・I1/{1+β(Q17)}] (5) 最後にPNPトランジスタQ9のエミッタ,ベース
の各電流は上記の諸関係を綜合して、それぞれ IE(Q9)=IB(Q8)−IC(Q21) =[{α(Q17)・I1}/{1+β(Q8)}] −[{α(Q15)・I1・β1}/ (2+β1)・{1+β(Q17)}] β(Q8)=β(Q17)=βと置いて、 ={1/(2+β1)(1+β)}・ {α(Q17)・I1(2+β1)−α(Q15)・I1
β1} 更に、α(Q17)=α(Q15)=α=β/(1+β) と置いて、 IE(Q9)=2αI1/(2+β1)(1+β) =2βI1(2+β1)(1+β)2 従って、 IB(Q9)=IE(Q9)/{1+β(Q9)} β(Q9)=βと置いて、 IB(Q9)≒2I1/(2+β1)(1+β)2) を得る。
ここで、具体的な数値β1=100,β=50を代入して計算
すると、 IB(Q9)=2I1/(2+100)(1+50)2) =7.61×10-61、 他方、比較のため従来回路のIB′(Q9)を計算する
と、 IB′(Q9)=I1′/{1+β(Q8)}・{1+β
(Q9)} =1.94×10-41′ となる。すなわち、I1≒I1′とすると上記実施例にお
けるダーリントン出力段のPNPトランジスタQ9のベース
電流は従来回路のものより約2桁程小さく、ほとんど無
視できるようになる。従って、回路接点Aに出力される
トランジスタQ10,Q22からの電流と負荷抵抗Rに流れる
電流Iとは可変電圧源Eの出力電位の如何にかかわら
ず、常にほぼ等しくなるので可変電圧源Eの電位が最低
電位VSSに接近したときでも、吸込端子3から負荷抵抗
Rに流れる電流Iとほぼ比例した電流を吸込むことが可
能となる。
以上は出力段の各トランジスタの動作電流について説
明したが入力段についても全く同様のことが成立するの
で、PNPトランジスタQ6のベース電流I (Q6)もトラ
ンジスタQ9と同様に無視することが可能となる。ま
た、上記実施例では、吸込端子3にNPNトランジスタQ
10とPNPトランジスタQ22のインバーテッド・ダーリン
トン接続回路が接続されているが、NPNトランジスタに
よるダーリントン接続回路または従来回路と同じく単な
るNPNトランジスタQ10だけの接続回路であってもよ
い。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ダーリ
ントン入出力段トランジスタのベース電流をそれぞれ無
視出来る回路構成とされるので、これらベース電流によ
る外部吸込電流の変化要因を取除くことが可能である。
従って、従来、可変電圧源の電圧が下がり負荷抵抗に流
れる電流値がダーリントン出力段トランジスタのベース
電流の100倍以下になった場合に生じた可変電圧源の電
圧変化と吸込電流値との間の非直線性を完全に解決する
ことができる。すなわち、本発明によれば、従来のベー
ス電流値を1とした場合、その約1/100を2桁まで下が
ることができ、可変電圧源の電圧変化に対してリニア領
域を2桁改善することができるので、最低電位VSSに近
い領域から高電位にわたる広範囲の入力に対し極めて良
好な直線性を示す可変電流源を提供することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す可変電流源の接続回路
図、第2図は従来の可変電流源の接続回路図である。 1……定電流回路、2……入力端子、3……吸込端子、
6……ダーリントン入力段PNPトランジスタ、Q9……
ダーリントン出力段PNPトランジスタ、Q7,Q8……差動
接続のPNPトランジスタ、Q16,Q17……定電流を分配す
るPNPトランジスタ、Q14,Q15……固定バイアス用PNPト
ランジスタ、Q11,Q12,Q18,Q19,Q20,Q21カレント・ミラ
ー回路を構成するPNPトランジスタ、Q10,Q22……イン
バーテッド・ダーリントン接続されるNPNおよびPNPトラ
ンジスタ、I0……定電流、I1……定電流I0の等分配
電流、I3……吸込電流、E……可変電圧源、R……負
荷抵抗、A……回路節点、E0……バイアス電源。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カレント・ミラー回路を負荷とするダーリ
    ントン接続の差動増幅器と、前記差動増幅器のエミッタ
    共通接続端子と定電流回路の出力端子との間に挿入され
    前記定電流回路の出力電流を等分配してベース出力する
    エミッタ共通接続の一対のトランジスタから成るトラン
    ジスタ回路と、前記トランジスタ回路のトランジスタの
    各ベース端子と前記差動増幅器のダーリントン入力段お
    よび出力段トランジスタのエミッタ端子との間にそれぞ
    れ接続挿入され、前記トランジスタ回路のベース出力電
    流を該入力段および出力段トランジスタのエミッタに吸
    込電流としてそれぞれ供給する一対のカレント・ミラー
    回路と、前記ダーリントン入力段トランジスタの入力ベ
    ース端子と電源電位の一つとの間に接続挿入される可変
    電圧源と、前記差動増幅器のカレント・ミラー負荷回路
    の出力をダーリントン出力トランジスタのベースに反転
    帰還せしめる帰還トランジスタと、前記帰還トランジス
    タの出力端子と前記電源電位の一つとの間に接続挿入さ
    れる負荷抵抗と、前記帰還トランジスタの入力端子に接
    続される電流吸込端子とを備えることを特徴とする可変
    電流源。
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