JP2848330B2 - カレントミラー回路 - Google Patents

カレントミラー回路

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JP2848330B2
JP2848330B2 JP8105489A JP10548996A JP2848330B2 JP 2848330 B2 JP2848330 B2 JP 2848330B2 JP 8105489 A JP8105489 A JP 8105489A JP 10548996 A JP10548996 A JP 10548996A JP 2848330 B2 JP2848330 B2 JP 2848330B2
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広志 古賀
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カレントミラー回
路に関し、特に、トランジスタの電流増幅率β依存性が
少いカレントミラー回路を構成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】図2に、従来のカレントミラー回路の一
例として、特開昭63ー304704号公報に記載され
たカレントミラー回路の回路図を示す。図2を参照し
て、npnトランジスタQ21のベース電極とnpnトラ
ンジスタQ22のベース電極とが相互接続されており、ト
ランジスタQ21のコレクタ電極に電流源3から、入力電
流Iinが供給されている。トランジスタQ22のコレクタ
電極が出力端子4に接続されて、ここから出力電流I
out が取り出される。トランジスタQ21,Q22の各エミ
ッタ電極はそれぞれ抵抗R21,R22を介して、接地端子
2に接続されている。又、トランジスタQ21のコレクタ
電極にはnpnトランジスタQ23のベース電極が接続さ
れており、トランジスタQ23のコレクタ電極はpnpト
ランジスタQ25のコレクタ電極に接続されている。この
トランジスタQ25は、コレクタ電極とベース電極とが相
互接続されている。そして、ベース電極には、pnpト
ランジスタQ26のベース電極が接続されている。すなわ
ち、トランジスタQ25とトランジスタQ26とで、カレン
トミラー回路21が構成されている。pnpトランジス
タQ26のコレクタ電極には、npnトランジスタQ24
コレクタ電極が接続されている。トランジスタQ24のベ
ース電極とコレクタ電極とは相互接続されて、トランジ
スタQ21,Q22の共通ベース電極に接続されている。
又、このトランジスタQ24のエミッタ電極は、トランジ
スタQ23のエミッタ電極に接続されている。そして、ト
ランジスタQ23,Q24の共通エミッタ電極は抵抗R23
介して、接地端子2に接続されている。
【0003】つまり、図2に示す回路は、npnトラン
ジスタQ23,Q24とカレントミラー回路21と抵抗R23
とによって差動増幅器を形成し、その差動出力をトラン
ジスタQ21,Q22の共通ベース電極に供給することによ
って、β補償とトランジスタQ23のコレクタ・ベース間
電圧の安定化とを実現している。
【0004】この回路におけるトランジスタQ21のコレ
クタ・ベース間電圧Vcb21は、次のように与えられる。
トランジスタQ21〜Q26のコレクタ電流,ベース電流を
それぞれ対応して、Ic21 〜Ic26 ,Ib21 〜Ib26
表しnpnトランジスタQ21〜Q24の電流増幅率を
βN ,pnpトランジスタQ25,Q26の電流増幅率をβ
Pとすると、トランジスタQ21のコレクタ・ベース間電
圧Vcb21は、 Vcb21=Vbe23−Vbe24 (1) となる。但し、Vt は、kをボルツマン定数、Tを絶対
温度、qを電子の電荷として、Vt =kT/qである。
ここで、Vbe23は、 Vbe23=Vt ・ln(Ic23 /IS ) で与えられ、Ic23 は、
【0005】
【0006】であるので、
【0007】
【0008】 Vbe24=Vt ・ln(Ic24 /IS ) (4) となる。従って、Vcb21は、
【0009】
【0010】となる。ここで、Ic21 /Ic24 を求めな
ければならないが、Ic21 /Ic24 は以下のようにして
求めることができる。
【0011】
【0012】 Vbe24=Vt ・ln(Ic24 /IS ) (7)
【0013】
【0014】これに、式(2)を代入し、R23=R21
2とすると、
【0015】
【0016】 Vbe21=Vt ・ln(Ic21 /IS ) (9)
【0017】
【0018】式(5),(6),(7),(8),
(9)より、
【0019】
【0020】式(11)を満足するIc21 /Ic24 を計
算すると、 Ic21 /Ic24 ≒1.100 (βP =10、βN =70) Ic21 /Ic24 ≒1.083 (βP =10、βN =350) Ic21 /Ic24 ≒1.023 (βP =150、βN =70) Ic21 /Ic24 ≒1.009 (βP =150、βN =350) 以上の値を式(5)に代入すると、 Vcb21≒5.90mV (βP =10、βN =70) Vcb21≒4.97mV (βP =10、βN =350) Vcb21≒1.45mV (βP =150、βN =70) Vcb21≒0.58mV (βP =150、βN =350) 以上の結果から明かなように、トランジスタQ21のコレ
クタエー・ベース間電圧Vcb21の変動は、非常に小さい
ものとなる。従って、図示するように、トランジスタQ
21のコレクタ電極に例えば抵抗RとキャパシタCの直列
接続を介して、交流電圧源5を接続すれば、各トランジ
スタの電流増幅率が小さい場合でも、入力電流Iinの変
動に影響を受けずに、電圧信号に応じた歪みのない安定
した電流出力を得ることが可能となる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】上述の図2に示す従来
のカレントミラー回路では、npnトランジスタQ23
びnpnトランジスタQ24のエミッタ電流が抵抗R23
介して、接地端子に無駄に流れてしまうという欠点があ
る。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明のカレントミラー
回路は、電流入力点N1 への基準電流源3からの電流供
給を受ける入力用トランジスタQ11と、前記入力用トラ
ンジスタQ11へ供給された電流の鏡影電流を電流出力点
4に流す少くとも一つ以上の出力用トランジスタQ
12と、前記入力用トランジスタQ11及び出力用トランジ
スタQ12にベース電流を供給するベース電流供給用トラ
ンジスタQ14とを少くとも含む構成のカレントミラー回
路において、前記電流入力点N1 と前記ベース電流供給
用トランジスタQ14のベース電極N3 との間にこの方向
に順方向となるように設けられたダイオード接続のトラ
ンジスタQ13を入力側のトランジスタとするカレントミ
ラー回路であって、前記電流入力点N1 から前記入力側
のトランジスタQ13に供給される電流とその鏡影電流と
を合して、前記ベース電流供給用トランジスタQ14のベ
ース電極に供給する第1のカレントミラー回路と、電流
入力点が前記第1のカレントミラー回路の電流出力点N
4 に接続され、電流出力点が前記第1のカレントミラー
回路の電流入力点N1 に接続されて、前記第1のカレン
トミラー回路の出力電流を入力電流としその入力電流を
鏡影して、前記第1のカレントミラー回路の入力側のト
ランジスタQ13に供給する第2のカレントミラー回路1
1とを備えることを特徴とする。
【0023】本発明のカレントミラー回路では、入力
用、出力用トランジスタQ11,Q12に必要なベース電流
を供給するためのトランジスタQ15のベース電流の半分
の電流を、基準電流源3の側(節点N1 )から、ダイオ
ード接続のトランジスタQ13を通して供給すると共に、
必要となるレベルをダイオードの順方向電圧降下分とし
て抽出する。抽出されたレベルを用い、ダイオードQ13
に流れる電流と同じ大きさの電流を、トランジスタQ15
を通してトランジスタQ14のベース電極に供給する。更
に、カレントミラー回路11を利用して、トランジスタ
14のベース電流の1/2の電流を、基準電流源側(節
点N1 )に鏡影して流すことにより、基準電流源3から
レベル抽出用のトランジスタQ13に流れる電流を減らし
て、βエラーを減じる。
【0024】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施
の形態によるカレントミラー回路の回路図である。図1
を参照して、npnトランジスタQ11のベース電極とn
pnトランジスタQ12のベース電極とが相互に接続され
ており(節点N2 )、トランジスタQ11のコレクタ電極
(節点N1 )に電流源3から、入力電流Iinが供給され
ている。トランジスタQ12のコレクタ電極は出力端子4
に接続されて、その出力端子4から出力電流Iout が取
り出される。トランジスタQ21,Q22の各エミッタ電極
はそれぞれ、接地線2に接続されている。
【0025】トランジスタQ11のコレクタ電極(節点N
1 )にはpnpトランジスタQ18のコレクタ電極が接続
されており、トランジスタQ18のエミッタ電極はpnp
トランジスタQ17のコレクタ電極に続されている。この
トランジスタQ17は、コレクタ電極とベース電極とが相
互接続されている(節点N5 )。そして、ベース電極
に、pnpトランジスタQ16のベース電極が接続されて
いる。このトランジスタQ16のコレクタ電極は、トラン
ジスタQ18のベース電極に接続されている(節点
4 )。つまり、トランジスタQ16〜Q18はウィルソン
・タイプのカレントミラー回路を構成していることにな
る。このウィルソン・タイプのカレントミラー回路は、
入力端子に相当する節点N4 (トランジスタQ16のコレ
クタ電極とトランジスタQ18のベース電極との接続節
点)よりトランジスタQ15のコレクタ電極へと流れる電
流を、出力端子に相当する節点N1 (トランジスタQ18
のコレクタ電極)方向へと、精度良く流す。
【0026】上記のウィルソン・タイプのカレントミラ
ー回路の入力端子(pnpトランジスタQ16のコレクタ
電極)は、npnトランジタQ15のコレクタ電極に接続
されている。トランジスタQ15のエミッタ電極はnpn
トランジスタQ14のベース電極に接続される(節点
3 )と共に、npnトランジスタQ13のェミッタ電極
に接続されている。トランジスタQ14は、コレクタ電極
が電源線1に接続され、エミッタ電極がトランジスタQ
11,Q12の共通ベース電極に接続されている(節点
2 )。一方、トランジスタQ13は、ベース電極とコレ
クタ電極とが相互接続されると共に、トランジスタQ15
のベース電極に接続されている。そして、トランジスタ
15,Q13の共通ベース電極が、トランジスタQ11のコ
レクタ電極(節点N1 )に接続されている。つまり、ト
ランジスタQ13とトランジスタQ15とは、トランジスタ
13のエミッタ電流を基にその電流を鏡影した大きさの
電流をトランジスタQ15のエミッタ電流(≒コレクタ電
流)として流す、カレントミラー回路を構成している。
【0027】以下に、本実施の形態の回路動作につい
て、説明する。説明に先立ち、各々のトランジスタのア
ーリ電圧は十分に大きくアーリ効果によるカレントミラ
ー回路の電流整合誤差は、無視できるほど小さいものと
仮定する。基本的な3トランジスタ・タイプのカレント
ミラー回路の回路動作について得られるβエラーは次式
により表される。
【0028】
【0029】ここで、Iref は基準電流の大きさ、nは
負荷電流の基準電流との比であり、トランジスタのβF
(順方向電流増幅率)の2乗の項に支配されたβエラー
を生むことが分る。この3トランジスタ・タイプのカレ
ントミラー回路のβエラーの原因は、基準電流をコレク
タ電流として流す第1のトランジスタ及び出力電流をコ
レクタ電流として流す第2のトランジスタの各々のベー
ス電流をエミッタ電流として供給する、第3トランジス
タのベース電流が0とならないことに起因している。
【0030】本発明では、3トランジスタ・タイプのカ
レントミラー回路の第3のトランジスタに相当するトラ
ンジスタQ14のベース電流の1/2の大きさの電流を、
ダイオード接続されたトランジスタQ13によりダイオー
ドの順方向電圧降下分としてレベル抽出する。そして、
そのダイオードの順方向電圧降下分として抽出したレベ
ルを、ダイオードとカレントミラーを構成するトランジ
スタQ15によって、トランジスタQ14のベース電流とし
て不足しているベース電流の1/2の大きさの電流を補
うと共に、カレントミラー回路11により、基準電流供
給側へトランジスタQ14のベース電流の1/2の大きさ
に相当する電流を戻している。従って、基準電流Iin
対して余分な電流の抜き差しがなく、基準電流源3の電
流Iinが全てトランジスタQ11のコレクタ電流として全
て供給されることとなる。その結果、本発明では、3ト
ランジスタ・タイプのカレントミラー回路が有するβエ
ラーの根本原因である、基準電流より取り出される第3
のトランジスタのベース電流相当分を大幅に削減可能で
あり、総じて、βエラーを極少にできる。又、図2に示
した従来のカレントミラー回路に比べ本発明によるカレ
ントミラー回路は、無駄な電流消費がなく、抵抗を用い
た電流調整の必要もない。
【0031】尚、図1に示す回路ではカレントミラー回
路11にウィルソン・タイプの回路を用いたが、このカ
レントミラー回路としては、他の様々は構成のカレント
ミラー回路であってもよいことは、勿論である。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のカレント
ミラー回路は、従来のカレントミラー回路に比べて構造
が簡単でありながら、βエラーを大幅に減らすことが可
能であり、しかも、そのために無駄な電流消費をしない
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるカレントミラ
ー回路の回路図である。
【図2】従来の技術によるカレントミラー回路の一例の
回路図である。
【符号の説明】
1 電源線 2 接地線 3 電流源 4 出力端子 5 交流電源

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流入力点N1 への基準電流源3からの
    電流供給を受ける入力用トランジスタQ11と、前記入力
    用トランジスタQ11へ供給された電流の鏡影電流を電流
    出力点4に流す少くとも一つ以上の出力用トランジスタ
    12と、前記入力用トランジスタQ11及び出力用トラン
    ジスタQ12にベース電流を供給するベース電流供給用ト
    ランジスタQ14とを少くとも含む構成のカレントミラー
    回路において、 前記電流入力点N1 と前記ベース電流供給用トランジス
    タQ14のベース電極N3 との間にこの方向に順方向とな
    るように設けられたダイオード接続のトランジスタQ13
    を入力側のトランジスタとするカレントミラー回路であ
    って、前記電流入力点N1 から前記入力側のトランジス
    タQ13に供給される電流とその鏡影電流とを合して、前
    記ベース電流供給用トランジスタQ14のベース電極に供
    給する第1のカレントミラー回路と、 電流入力点が前記第1のカレントミラー回路の電流出力
    点N4 に接続され、電流出力点が前記第1のカレントミ
    ラー回路の電流入力点N1 に接続されて、前記第1のカ
    レントミラー回路の出力電流を入力電流としその入力電
    流を鏡影して、前記第1のカレントミラー回路の入力側
    のトランジスタQ13に供給する第2のカレントミラー回
    路11とを備えることを特徴とするカレントミラー回
    路。
  2. 【請求項2】コレクタ電極に定電流源3が接続された、
    入力用トランジスタQ11と、 ベース電極が前記入力用トランジスタのベース電極と共
    通接続され、エミッタ電極が第一電位の電源供給線2に
    直接又はインピーダンスを介して接続される、少くとも
    一つ以上の出力用トランジスタQ12と、 コレクタ電極及びベース電極が前記入力用トランジスタ
    のコレクタ電極に接続された、ダイオード接続の第3の
    トランジスタQ13と、 コレクタ電極が第二電位の電源供給線1に接続され、ベ
    ース電極が前記第3のトランジスタのエミッタ電極に接
    続され、エミッタ電極が前記出力用トランジスタと出力
    用トランジスタの共通ベース電極に接続された第4のト
    ランジスタQ14と、 エミッタ電極が前記第4のトランジスタのベース電極に
    接続され、ベース電極が前記第3のトランジスタのベー
    ス電極に接続された第5のトランジスタQ15と、 前記第5のトランジスタのコレクタ電流を基本とし、そ
    の基本の電流を鏡影した電流を、前記入力用トランジス
    タのコレクタ電極へ流すカレントミラー回路11とを備
    含んでなるカレントミラー回路。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のカレントミラー回路にお
    いて、 カレントミラー回路11を、ウィルソン・タイプのカレ
    ントミラー回路により構成したことを特徴とするカレン
    トミラー回路。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のカレントミラー回路にお
    いて、 前記入力用トランジスタ,出力用トランジスタ及び第3
    乃至5のトランジスタを、npn型バイポーラトランジ
    スタにより構成したことを特徴とするカレントミラー回
    路。
  5. 【請求項5】 請求項2記載のカレントミラー回路にお
    いて、 前記入力用トランジスタ,出力用トランジスタ及び第3
    乃至5のトランジスタを、pnp型バイポーラトランジ
    スタにより構成したことを特徴とするカレントミラー回
    路。
  6. 【請求項6】 請求項4記載のカレントミラー回路にお
    いて、 カレントミラー回路11を、pnp型バイポーラトラン
    ジスタにより構成したことを特徴とするカレントミラー
    回路。
  7. 【請求項7】 請求項5記載のカレントミラー回路にお
    いて、 カレントミラー回路11を、npn型バイポーラトラン
    ジスタにより構成したことを特徴とするカレントミラー
    回路。
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