JP3123881B2

JP3123881B2 - 電流比較装置

Info

Publication number: JP3123881B2
Application number: JP11931194A
Authority: JP
Inventors: 田雅春池
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 2001-01-15
Anticipated expiration: 2016-01-15
Also published as: JPH07326948A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トランジスタのコレク
タにコレクタ電流と向きの異なる電流を供給してそのノ
ードにおける電流の大きさを比較する電流比較装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電流を比較する方法は、特開昭６
１−２５３２０号公報に開示された「比較装置」や、特
開平２−１９３４１０号公報に開示された「比較装置」
に示されるように、何等かの入力を代表する電流と基準
となる電流とを各々流れる向きを逆にして一つのノード
に流し込み、そのノードの電位を調べるか、またはそこ
から流入出する差の電流を調べることによって、比較の
結果を得ていた。

【０００３】また、この種の電流比較装置を含んだ電圧
比較回路は、特開平２−１９３４１０号公報の「比較装
置」に示されるように、電圧を電流に変換する手段と、
基準となる電流を供給する手段と、各々の電流が合流す
るノードに生じた各々の差の電流を受け取る手段とから
構成されている。図５は温度に依存しない約１．２５Ｖ
の基準電圧を有しながら、０．９Ｖまで下げても動作す
る電流比較装置を含む電圧比較回路の回路図である。以
下、その構成について図５の回路図を参照しながら説明
する。

【０００４】図５において、１は比較対象のＶ１の大き
さを有する入力電圧、２は電圧比較回路４０の入力端
子、３は電圧比較回路４０の出力端子、５は電圧比較回
路４０から出力される電流の向きを調べる整流回路１５
０の出力端子であり、負荷抵抗１５９が接続されてい
る。９は電源電圧である。また電圧比較回路４０は、抵
抗４１、エミッタが接地されたトランジスタ４２、カレ
ントミラーを成すトランジスタ４４と４５、４３と４
８、電流源４６、４７から構成され、抵抗４１とトラン
ジスタ４３のコレクタ電流でレベルシフト回路を構成し
ている。さらに整流回路１５０は、カレントミラーを成
すトランジスタ１５１、１５２から構成されている。電
流源４６、４７は、電源と接地間に一つのダイオード接
続と、一つのコレクタ・エミッタ間電圧しか設けられて
なく、電源電圧９が０．９Ｖまで低下しても、出力電流
が変化しないような、例えば特開昭６０−１９１５０８
号公報の「電流発生手段」に示されるような電流源であ
り、その出力電流値は、絶対温度に比例し、その電流設
定抵抗に反比例するものである。

【０００５】次に、上記従来例の動作について図５とと
もに説明する。電流源４７の絶対温度に比例し、電流設
定抵抗に反比例する電流は、トランジスタ４８、４３か
ら成るカレントミラーを介して、抵抗４１に流れ、この
両端に絶対温度に比例した電圧を発生させる。そのた
め、トランジスタ４２のベース電位は、入力端子２の電
圧Ｖ１から、抵抗４１の電圧降下を減じた大きさの電圧
Ｖｂが加わる。トランジスタ４２のコレクタ電流の大き
さは、この電圧Ｖｂによって決定される。一方、電流源
４６の出力電流は、トランジスタ４５、４４から成るカ
レントミラーを介して、トランジスタ４２のコレクタの
ノードに流れ込む。

【０００６】いま、入力端子２の電圧Ｖ１が小さいとす
ると、トランジスタ４２のベース電位Ｖｂも小さく、ト
ランジスタ４２のコレクタ電流も小さい。そして、この
値がトランジスタ４４のコレクタ電流より小さければ、
トランジスタ４２のコレクタのノードに流入する電流が
過剰になり、出力端子３を通じて、整流回路１５０のダ
イオード接続されたトランジスタ１５１のコレクタに流
れ込む。この電流は、トランジスタ１５１、１５２から
成るカレントミラーを介して、負荷抵抗１５９に流れ、
出力端子５の電位を小さくする。

【０００７】逆に入力端子２の電圧Ｖ１が大きいとする
と、トランジスタ４２のベース電位Ｖｂも大きく、トラ
ンジスタ４２のコレクタ電流も大きくなる。そして、こ
の値がトランジスタ４４のコレクタ電流より大きけれ
ば、トランジスタ４２のコレクタのノードから流出する
電流が過剰になり、出力端子３を通じて電流を引き込も
うとする。しかし、整流回路１５０のトランジスタ１５
１はダイオード接続されていて、電流を流出させること
ができないため、トランジスタ４２は、そのベース電位
Ｖｂに応じたコレクタ電流を流せる能力を潜在的に持っ
たまま飽和して、トランジスタ４２のコレクタのノード
における電流の代数和をゼロにする。そして、トランジ
スタ１５１、１５２から成るカレントミラーには電流が
流れないので、出力端子５の電位は電源電圧９になる。

【０００８】この動作は丁度、入力端子２が反転入力
で、非反転入力に基準電圧が接続され、出力端子３を出
力とする増幅器の動作と等価である。そして、入力端子
２の電圧Ｖ１が基準電圧と等しい時に、出力端子３の電
流の出入りが無くなることを利用して、等価的な基準電
圧値を知ることができる。

【０００９】出力端子３の電流の出入りが無くなる状態
は、トランジスタ４４のコレクタ電流値と、トランジス
タ４２のコレクタ電流値が等しい時である。この時の入
力電圧Ｖ１の値Ｖ１′が等価的な基準電圧値となる。従
って、この等価的な基準電圧Ｖ１′は、トランジスタ４
２のコレクタ電流が、電流源４６で設定されたトランジ
スタ４４のコレクタ電流と同じ値の時のベース・エミッ
タ間電圧と、電流源４７で設定されたトランジスタ４３
のコレクタ電流値に抵抗４１の値を乗じた電圧を加算し
た値になる。前者は、温度に対して負の−２ｍＶ／ｄｅ
ｇの傾きを持ち、後者は、絶対温度に比例するため、温
度に対して正の傾きを持っている。そのため、抵抗４１
の値を加減して、前者の傾きと正反対の傾きを持たせる
ことにより、等価的な基準電圧Ｖ１′の温度依存性をゼ
ロに近似させることができる。このような設定にしたと
きの抵抗４１の電圧降下は、約６００ｍＶになり、等価
的な基準電圧Ｖ１′の値は、約１．２５Ｖになる。

【００１０】なお、図５の従来の電流比較装置を含む電
圧比較回路は、入力端子２に加わった電圧をレベルシフ
トして、トランジスタ４２のベースに加え、コレクタ電
流に変えているが、これは、カレントミラーを構成する
などして、入力端子２に流入する電流がコレクタ電流に
なるようにしても、電流比較装置が電流を比較する機能
に変わりはない。すなわち、図５の従来の電流比較装置
を含む電圧比較回路のトランジスタ４３を削除し、トラ
ンジスタ４２のベース・エミッタ間電圧を共有するダイ
オード接続のトランジスタを設け、トランジスタ４２と
ともにカレントミラーにすることで、入力端子２に流入
する電流に比例した電流が、トランジスタ４２のコレク
タに現れるように構成したものでも、同様の比較動作を
行なわせることができる。

【００１１】このように、上記従来の電流比較装置で
も、電流を比較することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電流比較装置を利用した電圧比較回路では、入力電
圧が過大になると、トランジスタ４２が大きく飽和し
て、過大なベース電流が流れ、トランジスタ４２を劣化
させるという問題点があった。

【００１３】また、上記従来の電流比較装置に変動変化
が速い入力が印加された場合、大きな入力で飽和したト
ランジスタ４２は、入力が小さくなっても直ぐに飽和状
態から脱出できず、応答が遅れ、高速動作ができないと
いう問題点があった。

【００１４】さらに、上記従来の電流比較装置は、トラ
ンジスタ４２のベース・エミッタ間電圧を共有するトラ
ンジスタを設けてそのコレクタ電流を他の目的で利用し
ようとした場合、入力が大きくなってトランジスタ４２
が飽和すると、ベース・エミッタ間電圧を共有するトラ
ンジスタのコレクタ電流が小さくなるという問題点があ
った。

【００１５】また、上記従来の電流比較装置から整流回
路１５０のダイオード接続されたトランジスタ１５１に
電流が流れ始めるに際し、当初の電流がトランジスタ１
５１、１５２のベースの充電に充てられ、トランジスタ
１５２のコレクタ電流の立上りが遅れるという問題点が
あった。

【００１６】そこで本発明の主たる目的は、入力電圧が
過大になっても、トランジスタが飽和することのない電
流比較装置を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、コレクタ電流の立上
りの速い整流回路出力を得ることのできる電流比較装置
を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、入力電圧を第１の抵抗を介してベース端
子に入力する第１のトランジスタと、前記第１のトラン
ジスタのコレクタ端子に接続された電流供給手段と、前
記第１のトランジスタのベース端子に接続された第１の
電流源とを備え、前記第１のトランジスタのコレクタ端
子を出力端子とする電流比較装置において、前記第１の
トランジスタのコレクタ端子にエミッタ端子を接続した
第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタのベー
ス端子に接続され、前記第２のトランジスタのベース電
位を決定する電圧発生手段とを備え、前記第１のトラン
ジスタのコレクタ電流が前記電流供給手段の電流値であ
る時の前記トランジスタのベース・エミッタ間電圧と前
記第１の抵抗の端子間電圧とを加算した値を基準電圧と
し、前記入力電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記
第２のトランジスタから、前記第１のトランジスタのコ
レクタ端子に電流を供給することを特徴とするものであ
る。

【００１９】また本発明は、上記目的を達成するため
に、入力電流をベース端子に入力する第１のトランジス
タと、前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続さ
れた電流供給手段と、前記第１のトランジスタのコレク
タ端子にエミッタ端子を接続した第２のトランジスタ
と、前記第２のトランジスタのベース端子に接続され、
前記第２のトランジスタのベース電位を決定する電圧発
生手段とを備え、前記電流供給手段からの電流を基準電
流とし、前記入力電流が前記基準電流より大きい場合、
前記第２のトランジスタから前記第１のトランジスタの
コレクタ端子に電流を供給することを特徴とするもので
ある。

【００２０】

【作用】したがって、本発明によれば、入力を代表する
第１のトランジスタのコレクタ電流と電流供給手段から
の電流との差が、電圧源にベースが接続された第２トラ
ンジスタのエミッタ電流に流れ、第１のトランジスタの
コレクタ電位または電流供給手段の出力端の電位は、第
２のトランジスタのエミッタ電位に保持されるため、第
１のトランジスタまたは電流供給手段を飽和させること
がない。このため、第１のトランジスタのベースに過大
な電流が流れることがないので、トランジスタの劣化を
防止することができ、入力変動の速い信号が入力されて
も、比較動作を速く行なうことができ、コレクタ電流の
変化の少ない、かつ遅延の少ない出力が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。

【００２２】（第１実施例）図１は本発明の第１実施例
の電流比較装置を含む電圧比較回路の構成を示すもので
あり、従来例を示した図５の構成にトランジスタ４２を
飽和させないような電圧源とベース接地トランジスタか
ら成る整流手段１７０とを設け、そのエミッタフォロア
のコレクタを出力端としたものである。図５と同様な要
素には同様な符号を付してある。

【００２３】図１において、１は入力電圧、２は電圧比
較回路４０の入力端子、３は電圧比較回路４０の出力端
子である。５は整流回路１５０の出力端子であり、負荷
抵抗１５９が接続されている。７は整流回路１７０の出
力端子であり、負荷抵抗１７９が接続されている。９は
電源電圧である。また、４２は第１のトランジスタ、１
７１は第２のトランジスタである。電圧比較回路４０
は、電流源４６、トランジスタ４４、４５から成る電流
供給回路４９と、抵抗４１、トランジスタ４２、４３、
４８、電流源４７とから構成され、整流回路１５０は、
トランジスタ１５１、１５２から構成されている。さら
に整流回路１７０は、電流源１８１、カレントミラーを
成すトランジスタ１８２、１８３、ダイオード接続のト
ランジスタ１８４、それに直列の抵抗１８５から成る電
圧発生回路１８０と、トランジスタ１７１とから構成さ
れている。また電流源４６、４７、１８１は、電源と接
地間に一つのダイオード接続と、一つのコレクタ・エミ
ッタ間電圧しか設けられてなく、電源電圧９が０．９Ｖ
まで低下しても出力電流が変化しないような、例えば特
開昭６０−１９１５０８号公報の「電流発生手段」に示
されるような電流源であり、その出力電流値は、絶対温
度に比例し、その電流設定抵抗に反比例するものであ
る。

【００２４】次に、本発明の第１実施例の動作につい
て、図１とともに説明する。この第１実施例の構成は、
図５に示す上記従来例の構成に整流手段１７０が追加さ
れただけであるため、電流比較装置を含む電圧比較回路
４０および整流回路１５０の動作は、トランジスタ４２
のコレクタ電流が、電流供給回路４９の電流より大きい
時の動作以外は、上記従来例の動作と全く同じである。

【００２５】本実施例における電圧比較回路４０の動作
も、入力端子２が反転入力で、非反転入力に基準電圧が
接続され、出力端子３を出力とする増幅器の動作と等価
である。そしてその基準電圧Ｖ１′は、トランジスタ４
２のベース・エミッタ間電圧と、抵抗４１の電圧降下Ｔ
Ｏを加算した値になる。

【００２６】電圧発生回路１８０は、電流源１８１の電
流が、トランジスタ１８２、１８３から成るカレントミ
ラーを通じてダイオード接続されたトランジスタ１８４
と抵抗１８５の直列回路に流れ、トランジスタ１８４の
ベース電位がトランジスタ１７１のベースに与えられて
いる。抵抗１８５の電圧降下は、約２００ｍＶになるよ
うに、その抵抗値とトランジスタ１８３のコレクタ電流
値とを設定してある。

【００２７】いま、入力端子２の電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ
１′より大きい時、トランジスタ４２のコレクタ電流
は、トランジスタ４４のコレクタ電流より大きいので、
トランジスタ４２のコレクタのノードから流出する電流
が過剰になり、出力端子３を通じて電流を引き込もうと
する。このため、整流回路１７０のトランジスタ１７１
のエミッタ電位を引き下げる結果となる。一方、トラン
ジスタ１７１のベースには、抵抗１８５の電圧降下と、
ダイオードの順方向電圧とを加えた電圧が加わっている
ため、ベース・エミッタ間電圧が順方向にバイアスさ
れ、トランジスタ１７１のエミッタ電流が、出力端子３
を通じてトランジスタ４２のコレクタに流れる。その結
果、トランジスタ４２のコレクタ電流は、そのベース・
エミッタ間電圧に対応した大きさになり、そのコレクタ
電位は、抵抗１８５の電圧降下分に相当し、この場合は
約２００ｍＶになる。そして、トランジスタ１７１のコ
レクタにも、そのエミッタ電流とほぼ同じ大きさの電流
が流れ、これが負荷抵抗１７９に流れ、出力端子７の電
位を小さくする。

【００２８】このように、トランジスタの非飽和領域の
最低コレクタ・エミッタ間電圧に相当する電圧に、ダイ
オードの順方向電圧値を加えた電圧を得る電圧発生回路
１８０に、トランジスタ１７１のベースを接続し、トラ
ンジスタ１７１のエミッタを、トランジスタ４２のコレ
クタのノードに接続することにより、トランジスタ４２
の飽和を避けることができる。その結果、入力端子２の
電圧が速く変動するような信号であっても、トランジス
タ４２のコレクタ電流はそれに追従し、比較動作を速く
行なうことができる。また、トランジスタ４２のベース
・エミッタ間電圧に対応したコレクタ電流と同じ大きさ
の電流を他の目的に利用すべく、ベース・エミッタ間電
圧を共有する新たなトランジスタを設けた場合でも、新
たなトランジスタのコレクタ電流は、トランジスタ４２
の比較動作の影響を受けない。さらに、電圧比較回路４
０の入力端子２の電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ１′より大きい
時の出力が、エミッタ接地よりトラジション周波数が高
いベース接地トランジスタ１７１を介して得られるた
め、整流手段１７０の出力端子７に少ない遅延で得られ
る。

【００２９】（第２実施例）図２は本発明の第２実施例
の電流比較装置を用いた電流比較回路の構成を示すもの
であり、上記第１実施例の入力部の電圧から電流に変換
する構成を、電流から電流を伝える構成に変更し、また
上記第１実施例のカレントミラーで構成した電流供給回
路を、抵抗で構成した電流供給回路に変更し、さらに上
記第１実施例のトランジスタ４２のベース・エミッタ間
電圧を共有する新たなトランジスタを設けた構成になっ
ている。説明の便宜上、まとめて変更しているが、それ
ぞれの変更にともなう動作や効果は、各々独立させても
変わらず、他の実施例にも適用できるものである。これ
らの変更以外は、上記第１実施例の構成と同じであり、
同じ要素には同じ符号を付してある。

【００３０】図２において、２０１は入力電流、２は電
流比較回路２４０の入力端子、３は電流比較回路２４０
の出力端子である。５は整流回路１５０の出力端子で、
負荷抵抗１５９が接続され、７は整流回路１７０の出力
端子で、負荷抵抗１７９が接続され、９は電源電圧であ
る。また電流比較回路２４０は、抵抗２９４から成る電
流供給回路２４９と、トランジスタ４２、２４２、４２
Ｂから成るカレントミラーとから構成され、整流回路１
５０は、トランジスタ１５１、１５２から構成されてい
る。さらに整流回路１７０は、電流源１８１、カレント
ミラーを成すトランジスタ１８２、１８３、ダイオード
接続のトランジスタ１８４、それに直列の抵抗１８５か
ら成る電圧発生回路１８０と、トランジスタ１７１とか
ら構成されている。またトランジスタ４２Ｂのコレクタ
には、負荷２４４Ｂが接続されている。

【００３１】次に、本発明の第２実施例の動作につい
て、図２とともに説明する。本実施例の構成は、上記第
１実施例の構成の入力部で行なっていた電圧から電流に
変換する工程を省いて、入力端子２から流入する電流
を、直接カレントミラーでトランジスタ４２のコレクタ
電流に変換している。また、抵抗２９４で構成した電流
供給回路２４９の電流は、トランジスタ４２のコレクタ
電流が十分小さい時には、電源電圧９の電圧とダイオー
ド接続トランジスタ１５１のベース・エミッタ順方向電
圧との差を抵抗２９４の抵抗値で除した大きさになる
が、トランジスタ４２のコレクタ電流がこの電流より大
きくなると、抵抗２９４に流れる電流は、トランジスタ
４２のコレクタ電流と同じ大きさになるなど、変化する
電流である。

【００３２】このような相違があっても、トランジスタ
４２のコレクタ電流が小さければ、出力端子３から電流
が流出して、ダイオード接続トランジスタ１５１に電流
が流れ、出力端子５の電位を小さくし、逆にトランジス
タ４２のコレクタ電流が大きければ、出力端子３からト
ランジスタ１７１のエミッタ電流が流入して、出力端子
７の電位を小さくし、トランジスタ４２のコレクタ電位
は、上記第１実施例の動作と同様に、抵抗１８５の電圧
降下分に相当し、この場合は約２００ｍＶになる。

【００３３】このように、上記第２実施例においても、
トランジスタ４２の飽和を避けることができるため、入
力端子２の電流が速く変動するような信号であっても、
トランジスタ４２のコレクタ電流はそれに追従し、比較
動作を速く行なうことができる。また、トランジスタ４
２のベース・エミッタ間電圧に対応したコレクタ電流と
同じ大きさの電流を負荷２４４Ｂに流すべく、ベース・
エミッタ間電圧を共有する新たなトランジスタ４２Ｂを
設けた場合でも、新たなトランジスタ４２Ｂのコレクタ
電流は、トランジスタ４２の比較動作の影響を受けな
い。さらに、入力端子２の電流が大きい時の出力が、ベ
ース接地トランジスタ１７１を介して得られるため、整
流手段１７０の出力端子７に少ない遅延で得られる。

【００３４】（第３実施例）図３は本発明の第３実施例
の電流比較装置を含む電圧比較回路の構成を示すもので
あり、上記第１実施例の電圧発生回路１８０を、より低
い電源電圧で動作できる構成の電圧発生回路３８０に変
更し、また上記第１実施例の負荷抵抗１７９が接続され
ていた出力端子７を、トランジスタ４２のベースに接続
するように構成したものである。説明の便宜上、まとめ
て変更しているが、それぞれの変更にともなう動作や効
果は、各々独立させても変わらず、他の実施例にも適用
可能である。これらの変更以外は、上記第１実施例の構
成と同じであり、同じ要素は同じ符号に付してある。

【００３５】図３において、１は入力電圧、２は電圧比
較回路４０の入力端子、３は電圧比較回路４０の出力端
子である。５は整流回路１５０の出力端子であり、負荷
抵抗１５９が接続されている。７は整流回路３７０の出
力端子であり、トランジスタ４２のベース接続されてい
る。９は電源電圧である。また電圧比較回路４０は、電
流源４６、トランジスタ４４、４５から成る電流供給回
路４９と、抵抗４１、トランジスタ４２、４３、４８、
電流源４７とから構成され、整流回路１５０は、トラン
ジスタ１５１、１５２から構成されている。さらに整流
回路３７０は、電流源１８１、カレントミラーを成すト
ランジスタ１８２、１８３、抵抗１８５、トランジスタ
３８６、電流源３８９、カレントミラーを成すトランジ
スタ３８７、３８８から成る電圧発生回路３８０と、ト
ランジスタ１７１とから構成されている。また電流源４
６、４７、１８１、３８９は、電源と接地間に一つのダ
イオード接続と、一つのコレクタ・エミッタ間電圧しか
設けられてなく、電源電圧９が０．９Ｖまで低下しても
出力電流が変化しないような、特開昭60-191508 号公報
の「電流発生手段」に示されるような電流源であり、そ
の出力電流値は、絶対温度に比例し、その電流設定抵抗
に反比例するものである。

【００３６】次に、本発明の第３実施例の動作につい
て、図３とともに説明する。この第３実施例の構成は、
上記第１実施例の電圧発生回路１８０が電圧発生回路３
８０に変更されているが、トランジスタ１７１のベース
電位は同じ値になるように構成されている。従って、入
力端子２の電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ１′より小さいと、出
力端子３から電流が流出してダイオード接続トランジス
タ１５１に電流が流れ、出力端子５の電位を小さくし、
逆に、トランジスタ４２のコレクタ電流が大きければ、
出力端子３からトランジスタ１７１のエミッタ電流が流
入して、この電流とほぼ同じトランジスタ１７１のコレ
クタ電流が出力端子７に流れようとする。本実施例は、
負荷抵抗１７９がなく、効果が同じで構成が異なる電圧
発生回路３８０を用いたこと以外は、上記第１実施例の
動作とほぼ同じである。

【００３７】トランジスタ４２のコレクタ電流が大きく
なった時の出力端子７に流入するトランジスタ１７１の
コレクタに流れる電流は、トランジスタ４２のベースの
ノードからやってくるが、この電流が増加すればノード
の電位は減少する。その結果、トランジスタ４２のコレ
クタ電流は減少し、ノードの電位の減少は少なくなり、
それらが調和する大きさで安定する。このように、出力
端子７からの電流を、トランジスタ４２のベースのノー
ドから得るようにすることで、負帰還ループが構成でき
る。従って、入力端子２の電圧Ｖ１に過大な電圧が印加
され、トランジスタ４２のベース電流が増大しそうにな
っても、整流回路３７０の出力端子７に横取りされるた
め、トランジスタ４２のベース電流は低く抑えることが
できる。

【００３８】ところで、上記第１実施例の電流比較装置
を含む電圧比較回路を、乾電池で動作する機器に利用す
る場合、乾電池のエネルギーを有効に利用するために
０．９Ｖまでの動作が要求される。このような低い電源
電圧で用いる場合、電圧発生回路１８０の抵抗１８５、
トランジスタ１８４のベース〜エミッタ、トランジスタ
１８３のコレクタ〜エミッタの経路がネックになる。す
なわち、この経路の必要電圧降下が他の経路に比べて最
も高い。その経路の最低動作電圧は、抵抗１８５の電圧
降下＋トランジスタ１８４のベース・エミッタ順方向電
圧＋トランジスタ１８３の最小エミッタ・コレクタ間電
圧となり、概ねの値は、２００ｍＶ＋７００ｍＶ＋２０
０ｍＶ＝１．１Ｖになる。この電圧を下回ると、トラン
ジスタ１８３のコレクタ・エミッタ間電圧が小さくなっ
て飽和する。トランジスタ１８３が飽和すると、電流源
１８１に比例した電流がトランジスタ１８３のコレクタ
に流れなくなり、抵抗１８５の電圧降下も小さくなり、
トランジスタ１７１に必要なベース電位を維持できなく
なる。

【００３９】一方、上記第３実施例の電流比較装置を含
む電圧比較回路では、電圧発生回路３８０の抵抗１８
５、トランジスタ３８６のベース〜エミッタ、トランジ
スタ３８７のコレクタ〜エミッタの経路がネックにな
る。この経路の最低動作電圧は、抵抗１８５の電圧降下
＋トランジスタ３８６のベース・エミッタ順方向電圧＋
トランジスタ３８７の最小エミッタ・コレクタ間電圧と
なり、概ねの値は、２００ｍＶ＋７００ｍＶ＋２００ｍ
Ｖ＝１．１Ｖになる。この値は、上記第１実施例と同じ
である。しかし、この電圧を下回った場合、トランジス
タ３８７のコレクタ・エミッタ間電圧が小さくなって飽
和するが、トランジスタ１８３は、回路構成上飽和しな
いので、電流源１８１に比例した電流を抵抗１８５に与
え、必要な電圧降下を維持する。トランジスタ３８７の
飽和は、トランジスタ３８６のエミッタ電流を減らす
が、電流変化に対するベース・エミッタ順方向電圧の変
化が対数であるため、上記第１実施例ほどの変動にはな
らない。このため、飽和したトランジスタ３８７のコレ
クタ・エミッタ間電圧が数十ｍＶになるまで、トランジ
スタ１７１に必要なベース電位を供給し続けることがで
きる。従って、本発明の第３実施例の電流比較装置を含
む電圧比較回路は、約０．９Ｖまで利用することができ
る。

【００４０】このように、上記第３実施例においても、
トランジスタ４２の飽和を避けることができるため、入
力端子２の電圧が速く変動するような信号であっても、
トランジスタ４２のコレクタ電流はそれに追従し、比較
動作を速く行なうことができる。また、トランジスタ４
２のベース・エミッタ間電圧に対応したコレクタ電流と
同じ大きさの電流を他の目的に利用すべく、ベース・エ
ミッタ間電圧を共有する新たなトランジスタを設けた場
合でも、新たなトランジスタのコレクタ電流は、トラン
ジスタ４２の比較動作の影響を受けない。さらに、入力
端子２の電圧Ｖ１に過大な電圧が印加されても、遅滞な
くトランジスタ４２のベース電流を低く抑えることがで
きる。さらにまた、電源電圧が約０．９Ｖまで低下して
も利用することができる。

【００４１】（第４実施例）図４は本発明の第４実施例
の電流比較装置を含む電圧比較回路の構成を示すもので
あり、上記第３実施例の電圧発生回路３８０を簡略にし
た構成の電圧発生回路４８０に変更し、また上記第３実
施例の整流回路１５０を、整流回路４７０と逆極性の整
流回路４５０に変更して構成したものである。説明の便
宜上、まとめて変更しているが、それぞれの変更にとも
なう動作や効果は、各々独立させても変わらず、他の実
施例にも適用可能である。これらの変更以外は、上記第
１実施例の構成と同じであり、同じ要素には同じ符号を
付してある。

【００４２】図４において、１は入力電圧、２は電圧比
較回路４０の入力端子、３は電圧比較回路４０の出力端
子である。５は整流回路４５０の出力端子であり、負荷
抵抗４５９が接続されている。７は整流回路４７０の出
力端子であり、負荷抵抗１７９が接続されている。９は
電源電圧である。また、電圧比較回路４０は、電流源４
６、トランジスタ４４、４５から成る電流供給回路４９
と、抵抗４１、トランジスタ４２、４３、４８、電流源
４７とから構成され、整流回路４５０は、電流源４６
１、カレントミラーを成すトランジスタ４６２、４６
３、抵抗４６５、トランジスタ４６６、抵抗４６７から
成る電圧発生回路４６０と、トランジスタ４５１とから
構成されている。さらに整流回路４７０は、電流源１８
１、カレントミラーを成すトランジスタ１８２、１８
３、抵抗１８５、トランジスタ３８６、抵抗４８７から
成る電圧発生回路４８０と、トランジスタ１７１とから
構成されている。

【００４３】本実施例の電圧発生回路４８０は、上記第
３実施例の電圧発生回路３８０のトランジスタ３８６の
エミッタに電流を供給する電流源３８９、トランジスタ
３８８、３８７のカレントミラーの部分を、単に抵抗４
８７に置き換えたものである。

【００４４】次に、本発明の第４実施例の動作につい
て、図４とともに説明する。この第４実施例の構成で
は、上記第３実施例の電圧発生回路３８０が電圧発生回
路４８０に変わっているが、トランジスタ１７１のベー
ス電位は同じ値になるように構成されている。また、電
圧発生回路４６０が発生する電源電圧に対する電圧発生
回路４６０のトランジスタ４６６のベース電位は、電圧
発生回路４８０が発生する接地電位に対するトランジス
タ１７１のベース電位と比べ、絶対値が同じで極性が逆
の値である。すなわち、電圧発生回路４６０のトランジ
スタ４６６のベース電位は、電源電圧から抵抗４６５の
電圧降下の２００ｍＶおよびトランジスタ４６６のベー
ス・エミッタ順方向電圧の７００ｍＶを減じた大きさに
なる。

【００４５】上記した第３実施例では、入力端子２の電
圧Ｖ１が基準電圧Ｖ１′より小さいと、出力端子３から
電流が流出して、ダイオード接続トランジスタ１５１に
電流が流れ、出力端子５の電位を小さくしていたが、こ
の第４実施例では、トランジスタ４５１のエミッタに電
流が流れ、出力端子５の電位を大きくする。反対に、ト
ランジスタ４２のコレクタ電流が大きい時の動作は同じ
であり、出力端子３からトランジスタ１７１のエミッタ
電流が流入して、この電流とほぼ同じトランジスタ１７
１のコレクタ電流が出力端子７に流れ、これが負荷抵抗
１７９に流れ、出力端子７の電位を小さくする。

【００４６】そして、入力端子２の電圧Ｖ１が基準電圧
Ｖ１′より小さい場合、トランジスタ４５１のエミッタ
電位は、電源電圧より約２００ｍＶ低い値になり、トラ
ンジスタ４４を飽和させない。反対に、トランジスタ４
２のコレクタ電流が大きい場合、トランジスタ１７１の
エミッタ電位は、接地電位より約２００ｍＶ高い値にな
り、トランジスタ４２を飽和させない。この構成の異な
る整流回路４５０を用いたことによる出力端子５に流れ
る電流の方向の同意以外は、上記第３実施例の動作とほ
ぼ同じである。

【００４７】本実施例の電圧発生回路４８０において
も、電源電圧が低下してもトランジスタ１８３は飽和し
ないので、電流源１８１に比例した電流を抵抗１８５に
与え、必要な電圧降下を維持する。トランジスタ３８６
のエミッタ電流は、抵抗４８７の電位差が小さくなるた
め減少するが、電流変化に対するベース・エミッタ順方
向電圧の変化が対数であるため、上記第１実施例ほどの
変動にはならない。そのため、抵抗４８７の電位差が数
十ｍＶになるまで、トランジスタ１７１に必要なベース
電位を供給し続けることができる。また電圧発生回路４
６０についても同様のことが言える。従って、本発明の
第４実施例の電流比較装置を含む電圧比較回路は、約
０．９Ｖまで利用することができる。

【００４８】このように、本実施例においても、トラン
ジスタ４２の飽和を避けることができるため、入力端子
２の電圧が速く変動するような信号であっても、トラン
ジスタ４２のコレクタ電流はそれに追従し、比較動作を
速く行なうことができる。また、トランジスタ４２のベ
ース・エミッタ間電圧に対応したコレクタ電流と同じ大
きさの電流を他の目的に利用すべく、ベース・エミッタ
間電圧を共有する新たなトランジスタを設けた場合で
も、新たなトランジスタのコレクタ電流は、トランジス
タ４２の比較動作の影響を受けない。さらに、比較回路
の入力端子２の電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ１′より大きい時
の出力が、ベース接地トランジスタ１７１を介して得ら
れるため、整流手段４７０の出力端子７に少ない遅延で
得られ、逆に基準電圧Ｖ１′より小さい時の出力が、ベ
ース接地トランジスタ４５１を介して得られるため、整
流手段４５０の出力端子５に少ない遅延で得られる。ま
た、電源電圧が約０．９Ｖまで低下しても利用すること
ができる。

【００４９】（各実施例の捕捉）なお、上記第１、第
３、第４実施例の構成のトランジスタ４２には、そのベ
ース・エミッタ間電圧を共有するトランジスタが設けら
れていないが、他の目的に用いる電流を得る手段とし
て、複数のトランジスタを設けてもよい。すなわち、ト
ランジスタ４２のコレクタ電流は、整流回路１７０、整
流回路３７０、整流回路４７０などを通じて流れ、その
コレクタ・エミッタ間電圧には、非飽和領域の最低コレ
クタ・エミッタ間電圧が加わるため、トランジスタ４２
は飽和しない。その結果、ベース・エミッタ間電圧は、
電流比較装置の出力の状態の影響を受けず、トランジス
タ４２のコレクタ電流に比例した電流を、他の目的で設
けた複数のトランジスタのコレクタからも得ることがで
きる。

【００５０】同様に、電流供給回路のトランジスタ４５
のベース・エミッタ間電圧を共有するトランジスタは、
トランジスタ４４だけであるが、これは他の目的に用い
る電流を得る手段として、複数のトランジスタを設けて
もよい。すなわち、トランジスタ４４のコレクタ電流
は、整流回路１５０、整流回路４５０などを通じて流
れ、そのコレクタ・エミッタ間電圧には、非飽和領域の
最低コレクタ・エミッタ間電圧が加わるため、トランジ
スタ４４は飽和しない。その結果、ベース・エミッタ間
電圧は、電流比較装置の出力の状態の影響を受けず、電
流源４６で設定した電流が、他の目的で設けた複数のト
ランジスタのコレクタからも得ることができる。

【００５１】また、上記第１、第３、第４実施例の構成
の電流源４６、４７、１８１、４６１は、電源と接地間
に一つのダイオード接続と、一つのコレクタ・エミッタ
間電圧しか設けられてなく、電源電圧９が０．９Ｖまで
低下しても出力電流が変化しないような、例えば特開昭
６０−１９１５０８号公報の「電流発生手段」に示され
るような構成で、絶対温度に比例し、設定抵抗に反比例
する電流出力を得るものであるが、電流源４７以外は、
絶対温度に比例し、設定抵抗に反比例する電流出力を得
るものでなくとも良い。絶対温度に比例し、設定抵抗に
反比例する電流は、抵抗４１の電圧降下を、絶対温度に
比例した電圧にするために必要で、その役目は電流源４
７が果たしている。この場合、設定抵抗と抵抗４１の温
度係数は互いに等しい。従って、他の電流源４６、１８
１、３８９、４６１は、電源電圧９が０．９Ｖまで低下
しても、出力電流が変化しない必要はあっても、絶対温
度に比例し、設定抵抗に反比例する電流でなくとも良
い。

【００５２】また、上記第１、第２、第３、第４実施例
の構成において、各々のトランジスタは飽和しないの
で、モノリシックＩＣで構成する場合に有利である。す
なわち、ＩＣマスク設計において、飽和するトランジス
タに対して行なわれるチップ面積を広げる特別な配慮が
不要になる。

【００５３】（各実施例の効果）上記第１〜４実施例の
構成の電流比較装置で得られる効果をまとめると、以下
のようになる。

【００５４】（１）入力を代表するトランジスタ４２の
コレクタ電流値が電流供給手段の設定値を越えた時の差
の電流が、ベースが電圧源に接続されたトランジスタの
エミッタから得られ、また、そのエミッタ電位が、トラ
ンジスタの非飽和領域の最低コレクタ・エミッタ間電圧
に相当する電圧に設定されているため、トランジスタ４
２の飽和を避けることができる。

【００５５】（２）トランジスタ４２が飽和しないた
め、入力が速く変動ような信号であっても、トランジス
タ４２のコレクタ電流はそれに追従し、比較動作を速く
行なうことができる。

【００５６】（３）トランジスタ４２が飽和しないた
め、トランジスタ４２のベース・エミッタ間電圧に対応
したコレクタ電流と同じ大きさの電流を他の目的に利用
すべく、ベース・エミッタ間電圧を共有する新たなトラ
ンジスタを設けた場合でも、新たなトランジスタのコレ
クタ電流は、トランジスタ４２の比較動作の影響を受け
ない。

【００５７】（４）比較回路の入力が大きい時の整流回
路の出力が、エミッタ接地よりトラジション周波数が高
いベース接地トランジスタ１７１を介して得られるた
め、遅延が少ない。

【００５８】（５）入力端子２に過大な電圧が印加され
ても、遅滞なく、トランジスタ４２のベース電流を低く
抑えることができる。

【００５９】（６）電源電圧を約０．９Ｖまで低下させ
ても利用することができる。（７）比較回路の入力が小さい時の整流回路の出力が、
エミッタ接地よりトラジション周波数が高いベース接地
トランジスタ４５１を介して得られるため、遅延が少な
い。

【００６０】そして、本発明の第１実施例の電流比較装
置によれば、上記の（１）（２）（３）（４）のような
効果が得られる。

【００６１】また、本発明の第２実施例の電流比較装置
によれば、上記の（１）（２）（３）（４）のような効
果が得られる。

【００６２】また、本発明の第３実施例の電流比較装置
によれば、上記の（１）（２）（３）（５）（６）のよ
うな効果が得られる。

【００６３】また、本発明の第４実施例の電流比較装置
によれば、上記の（１）（２）（３）（４）（６）
（７）のような効果が得られる。

【００６４】

【発明の効果】本発明は、上記実施例から明らかなよう
に、入力を代表する第１のトランジスタのコレクタ電流
と、電流供給手段からの電流との差が、電圧源にベース
が接続された第２トランジスタのエミッタ電流に流れ、
第１のトランジスタのコレクタ電位または電流供給手段
の出力端の電位は、第２のトランジスタのエミッタ電位
に保持されるため、第１のトランジスタまたは電流供給
手段を飽和させることがない。このため、第１のトラン
ジスタのベースに過大な電流が流れることがないので、
トランジスタの劣化を防止することができ、入力変動の
速い信号が入力されても、比較動作を速く行なうことが
でき、コレクタ電流の変化の少ない、かつ遅延の少ない
出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1 実施例の回路図

【図２】本発明の第2 実施例の回路図

【図３】本発明の第3 実施例の回路図

【図４】本発明の第４実施例の回路図

【図５】従来の回路図

【符号の説明】

１入力電圧２比較回路の入力端子３比較回路の出力端子５、７整流回路の出力端子９電源電圧４０電圧比較回路２０１入力電流２４０電流比較回路４１、１８５、２９４、４６５、４６７、４８７抵抗４２、４２Ｂ、４３、４４、４５、４８、１５１、１５
２、１８２、１８３、１８４、１７１、２４２、３８６、３８７、３８８、４
６２、４６３、４６６、４５１トランジスタ４９、２４９電流供給回路４６、４７、１８１、３８９、４６１電流源１５０、１７０、３７０、４５０、４７０整流回路１８０、３８０、４６０、４８０電圧発生回路１５９、１７９、４５９負荷抵抗２４４Ｂ負荷

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力電圧を第１の抵抗を介してベース端
子に入力する第１のトランジスタと、前記第１のトラン
ジスタのコレクタ端子に接続された電流供給手段と、前
記第１のトランジスタのベース端子に接続された第１の
電流源とを備え、前記第１のトランジスタのコレクタ端
子を出力端子とする電流比較装置において、前記第１の
トランジスタのコレクタ端子にエミッタ端子を接続した
第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタのベー
ス端子に接続され、前記第２のトランジスタのベース電
位を決定する電圧発生手段とを備え、前記第１のトラン
ジスタのコレクタ電流が前記電流供給手段の電流値であ
る時の前記トランジスタのベース・エミッタ間電圧と前
記第１の抵抗の端子間電圧とを加算した値を基準電圧と
し、前記入力電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記
第２のトランジスタから、前記第１のトランジスタのコ
レクタ端子に電流を供給することを特徴とする電流比較
装置。
【請求項２】前記電圧発生回路が、前記第２のトラン
ジスタのベース端子にエミッタ端子を接続した第３のト
ランジスタと、前記第３のトランジスタのベース端子に
接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗に電流を供給
する第２の電流源と、前記第３のトランジスタのエミッ
タ端子に電流を供給する第３の電流源とを備えたことを
特徴とする請求項１記載の電流比較装置。
【請求項３】前記電圧発生回路が、前記第２のトラン
ジスタのベース端子にエミッタ端子を接続した第３のト
ランジスタと、前記第３のトランジスタのベース端子に
接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗に電流を供給
する第２の電流源と、前記第３のトランジスタのエミッ
タ端子に接続される第３の抵抗とを備えたことを特徴と
する請求項１記載の電流比較装置。
【請求項４】入力電流をベース端子に入力する第１の
トランジスタと、前記第１のトランジスタのコレクタ端
子に接続された電流供給手段と、前記第１のトランジス
タのコレクタ端子にエミッタ端子を接続した第２のトラ
ンジスタと、前記第２のトランジスタのベース端子に接
続され、前記第２のトランジスタのベース電位を決定す
る電圧発生手段とを備え、前記電流供給手段からの電流
を基準電流とし、前記入力電流が前記基準電流より大き
い場合、前記第２のトランジスタから前記第１のトラン
ジスタのコレクタ端子に電流を供給することを特徴とす
る電流比較装置。
【請求項５】前記電圧発生回路が、前記第２のトラン
ジスタのベース端子にエミッタ端子を接続した第３のト
ランジスタと、前記第３のトランジスタのベース端子に
接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗に電流を供給
する第２の電流源と、前記第３のトランジスタのエミッ
タ端子に電流を供給する第３の電流源とを備えたことを
特徴とする請求項４記載の電流比較装置。
【請求項６】前記電圧発生回路が、前記第２のトラン
ジスタのベース端子にエミッタ端子を接続した第３のト
ランジスタと、前記第３のトランジスタのベース端子に
接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗に電流を供給
する第２の電流源と、前記第３のトランジスタのエミッ
タ端子に接続される第３の抵抗とを備えたことを特徴と
する請求項４記載の電流比較装置。
【請求項７】前記第２のトランジスタのコレクタ端子
を出力端子とすることを特徴とする請求項１ないし６の
いずれかに記載の電流比較装置。
【請求項８】前記第２のトランジスタのコレクタ端子
を前記第１のトランジスタのベース端子に接続したこと
を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電流
比較装置。
【請求項９】前記電流供給手段が、前記第１のトラン
ジスタのコレクタ端子に接続された電流源を備えたこと
を特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の電流
比較装置。
【請求項１０】前記電流供給手段が、前記第１のトラ
ンジスタのコレクタ端子に接続された第４の抵抗と、前
記第４の抵抗に電圧を与える電圧源とを備えたことを特
徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の電流比較
装置。
【請求項１１】前記第１の電流源の出力電流が、絶対
温度に比例し、かつ電流設定抵抗に反比例した大きさに
制御されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載の電流比較装置。
【請求項１２】前記第１の電流源の出力電流が、絶対
温度に比例し、かつ電流設定抵抗に反比例した大きさに
制御され、前記第１の抵抗の温度係数と前記電流設定抵
抗の温度係数とを等しくするようにしたことを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれかに記載の電流比較装置。