JP3257491B2 - Voltage-current conversion circuit - Google Patents

Voltage-current conversion circuit

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電圧電流変換回路に
関し、特に、両極性入出力でかつ入力電圧範囲の広い電
圧電流変換回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage-current converter, and more particularly, to a voltage-current converter having bipolar input / output and a wide input voltage range.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5に従来の電圧電流変換回路の一例を
示し、CM4及びCM5はカレントミラー回路、Q1〜
Q3はカレントミラー回路CM5を構成するトランジス
タ、1は電圧入力端子、2はカレントミラー回路CM4
の入力端子、3は電流出力端子、Q4はカレントミラー
回路CM4・CM5間の電圧整合用トランジスタ、Q5
はスタートアップ用トランジスタ、R1は抵抗である。
カレントミラー回路CM4の入力電流と出力電流の比は
1:2となっている。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows an example of a conventional voltage-current conversion circuit, wherein CM4 and CM5 are current mirror circuits, Q1 to Q1.
Q3 is a transistor constituting the current mirror circuit CM5, 1 is a voltage input terminal, 2 is a current mirror circuit CM4
, An input terminal 3, a current output terminal, Q4 a voltage matching transistor between the current mirror circuits CM4 and CM5, Q5
Is a startup transistor and R1 is a resistor.
The ratio between the input current and the output current of the current mirror circuit CM4 is 1: 2.

【0003】この従来例の動作について説明する。スタ
ートアップ用トランジスタQ4は通常動作時は非能動状
態となる。抵抗R1に流れる電流とカレントミラー回路
CM5の3個のトランジスタQ1・Q2・Q3のコレク
タ電流は等しく、またカレントミラー回路CM4により
トランジスタQ4のコレクタ電流とも等しくなる。よっ
て、トランジスタQ1とQ4のコレクタ/エミッタ間電
圧は等しくなり、入力端子1に加えられた入力電圧VIN
と、抵抗R1の両端にかかる電圧VRとが等しくなる。
The operation of this conventional example will be described. The startup transistor Q4 is inactive during normal operation. The current flowing through the resistor R1 is equal to the collector currents of the three transistors Q1, Q2, and Q3 of the current mirror circuit CM5. The current mirror circuit CM4 also equalizes the collector current of the transistor Q4. Accordingly, the collector-emitter voltages of the transistors Q1 and Q4 become equal, and the input voltage VIN applied to the input terminal 1 is
And the voltage VR applied to both ends of the resistor R1 becomes equal.

【0004】従って、抵抗R1の抵抗値をR1、出力電
流をIOとすると、IO=VIN/R1が成り立ち、電圧電
流変換が行われる。
Accordingly, if the resistance value of the resistor R1 is R1 and the output current is IO, IO = VIN / R1 is established, and voltage-current conversion is performed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の回路構成では、両極性の電圧電流変換回路を構成し
た場合、図5の回路に加え、同じ構成でトランジスタの
極性を反対にしたもう一つの回路を用意する必要があ
る。つまり、図5の回路の2倍の素子数が必要になる。
カレントミラー回路CM4・CM5のトランジスタ数は
それぞれ3個であるので、全体でトランジスタが16
個、抵抗が2個必要となり、素子数が多くなってしま
う。
However, in such a conventional circuit configuration, when a bipolar voltage-to-current conversion circuit is formed, in addition to the circuit of FIG. 5, the polarity of the transistor is reversed with the same configuration. It is necessary to prepare one circuit. That is, the number of elements is twice as large as that of the circuit of FIG.
Since the number of transistors of each of the current mirror circuits CM4 and CM5 is three, the total number of transistors is 16
And two resistors are required, and the number of elements increases.

【0006】また、従来の回路構成では、入力電圧範囲
は、電源電圧VCCから、カレントミラー回路CM4の出
力端子のレンジと、トランジスタQ4のコレクタ/エミ
ッタ間電圧とを差し引いた値(VCC−0.9V程度)に
なり、入力電圧範囲が狭いという問題点がある。
In the conventional circuit configuration, the input voltage range is a value obtained by subtracting the range of the output terminal of the current mirror circuit CM4 and the collector-emitter voltage of the transistor Q4 from the power supply voltage VCC (VCC-0. 9V), and there is a problem that the input voltage range is narrow.

【0007】本発明の目的は、素子数の少ない回路構成
で両極性入出力に対応できるようにすること、及び入力
電圧範囲を広くすることにある。
An object of the present invention is to make it possible to cope with bipolar input / output with a circuit configuration having a small number of elements and to widen an input voltage range.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の電圧電流変換回
路は、PNPトランジスタで構成された第1のカレント
ミラー回路の入力端と、NPNトランジスタで構成され
た第2のカレントミラー回路の入力端とを、直列接続し
た第1と第2の抵抗を介して接続し、これら抵抗の接続
点に一端を接続した第3の抵抗の他端を入力端子とし、
第1と第2のカレントミラー回路の出力端同士を接続し
た点を出力端子とし、第1、第2、第3の抵抗の抵抗値
をそれぞれR1・R2・R3、第1のカレントミラー回
路の電源電圧をVCC、第2のカレントミラー回路の電源
電圧をVDDとして、R1=R2=R及びR3=aR(a
は任意の係数)、VDD=−VCCに決め、入力端子の電圧
をVIN、出力端子の出力電流をIOUTとすると、 IOUT=−(2/(2a+1))VIN/R となる関係で電圧電流変換を行うことを特徴とする。
The voltage-current conversion circuit according to the present invention comprises an input terminal of a first current mirror circuit formed by a PNP transistor and an input terminal of a second current mirror circuit formed by an NPN transistor. Are connected via a first and a second resistor connected in series, and the other end of a third resistor having one end connected to a connection point of these resistors is used as an input terminal;
The point at which the output terminals of the first and second current mirror circuits are connected to each other is defined as an output terminal, and the resistance values of the first, second, and third resistors are R1, R2, and R3, respectively. Assuming that the power supply voltage is VCC and the power supply voltage of the second current mirror circuit is VDD, R1 = R2 = R and R3 = aR (a
Is an arbitrary coefficient), VDD = −VCC, the voltage of the input terminal is VIN, and the output current of the output terminal is IOUT. If IOUT = − (2 / (2a + 1)) VIN / R Is performed.

【0009】第1のカレントミラー回路は2個のPNP
トランジスタ、第2のカレントミラー回路は2個のNP
Nトランジスタで構成することができる。
The first current mirror circuit has two PNPs.
The transistor and the second current mirror circuit are two NPs
It can be composed of N transistors.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0011】図1に本発明による電圧電流変換回路の一
例を示す。この電圧電流変換回路は、2個のPNPトラ
ンジスタQ1・Q2で構成された第1のカレントミラー
回路CM1の入力端と、2個のNPNトランジスタQ2
・Q4で構成された第2のカレントミラー回路CM2の
入力端とを、直列接続した第1と第2の抵抗R1・R2
とを介して接続し、これら抵抗R1・R2の接続点Mに
一端を接続した第3の抵抗R3の他端を入力端子4と
し、第1と第2のカレントミラー回路CM1・CM2の
出力端同士を接続した点Nを出力端子5としている。
FIG. 1 shows an example of a voltage-current conversion circuit according to the present invention. This voltage-current conversion circuit includes an input terminal of a first current mirror circuit CM1 composed of two PNP transistors Q1 and Q2, and two NPN transistors Q2.
First and second resistors R1 and R2 connected in series with the input terminal of a second current mirror circuit CM2 constituted by Q4;
The other end of a third resistor R3 having one end connected to a connection point M between the resistors R1 and R2 is used as an input terminal 4, and the output terminals of the first and second current mirror circuits CM1 and CM2. The point N at which they are connected is referred to as an output terminal 5.

【0012】この電圧電流変換回路の動作について説明
する。いま、トランジスタQ1・Q2とQ3・Q4とは
極性のみ異なるが全く同じ特性で、電流増幅率は無限大
であると仮定する。また、抵抗R1・R2・R3の抵抗
値をそれぞれR1・R2・R3、電源電圧はVDD=−V
CCとする。
The operation of the voltage / current conversion circuit will be described. Now, it is assumed that the transistors Q1, Q2 and Q3, Q4 differ only in polarity but have exactly the same characteristics, and the current amplification factor is infinite. The resistance values of the resistors R1, R2, and R3 are R1, R2, and R3, respectively, and the power supply voltage is VDD = -V.
CC.

【0013】 R1=R2=R R3=aR(aは任意の係数) ・・・(1) の場合、入力端子4の電圧をVIN、出力端子5の出力電
流をIOUTとすると、 IOUT=−(2/(2a+1))VIN/R ・・・(2) の関係が成り立ち、電圧電流変換が行われる。これは以
下のようにして導かれる。
R1 = R2 = R R3 = aR (a is an arbitrary coefficient) In the case of (1), if the voltage of the input terminal 4 is VIN and the output current of the output terminal 5 is IOUT, IOUT = − ( 2 / (2a + 1)) VIN / R (2) holds, and voltage-current conversion is performed. This is derived as follows.

【0014】抵抗R1・R2・R3に流れる電流をそれ
ぞれIr1・Ir2・Ir3と表すことにする。VINがオープ
ンのとき、抵抗R1と抵抗R2の接続点Mの電圧Vmは
0である。すなわち、VIN=0であれば、Ir3=0とな
る。このときのIr1及びIr2をIfと表すことにする。
The currents flowing through the resistors R1, R2, R3 are represented as Ir1, Ir2, Ir3, respectively. When VIN is open, the voltage Vm at the connection point M between the resistors R1 and R2 is zero. That is, if VIN = 0, Ir3 = 0. Ir1 and Ir2 at this time are represented by If.

【0015】M点の流入・流出電流を考えると、入力端
子4にVINの電圧を加えVmが変化した場合でも、Ir1
+Ir3=Ir2は常に成り立つ。このとき、抵抗R1及び
R2を流れる電流の変化分はそれぞれ−Vm/R1、Vm
/R2であるので、
Considering the inflow / outflow current at the point M, even if the voltage of VIN is applied to the input terminal 4 and Vm changes, Ir1
+ Ir3 = Ir2 always holds. At this time, the changes in the current flowing through the resistors R1 and R2 are -Vm / R1 and Vm, respectively.
/ R2,

【0016】 If−(−Vm/R1)+(VIN−Vm)/R3 =If+(Vm/R2) ・・・(3)If − (− Vm / R1) + (VIN−Vm) / R3 = If + (Vm / R2) (3)

【0017】上記(1)式と(3)式より、 If−(−Vm/R)+(VIN−Vm)/aR =If+(Vm/R) ・・・(4)From the above equations (1) and (3), If-(-Vm / R) + (VIN-Vm) / aR = If + (Vm / R) (4)

【0018】この(4)式をVmについて解くと、 Vm=VIN/(2a+1) ・・・(5)When this equation (4) is solved for Vm, Vm = VIN / (2a + 1) (5)

【0019】M点からカレントミラー回路CM1及びC
M2に供給される電流値Ir1及びIr2と、カレントミラ
ー回路CM1及びCM2からN点に供給される電流値は
全く等しい。よって、抵抗R3に流れる電流Ir3は−I
OUTに等しくなり、次の関係が成り立つ。
From the point M, the current mirror circuits CM1 and CM
The current values Ir1 and Ir2 supplied to M2 are completely equal to the current values supplied to the N points from the current mirror circuits CM1 and CM2. Therefore, the current Ir3 flowing through the resistor R3 is -I
OUT, and the following relationship holds:

【0020】 IOUT=Ir3=−(VIN−Vm)/aR ・・・(6) この(6)式の(5)式を代入すると上記(2)式が与
えられる。
IOUT = Ir3 = − (VIN−Vm) / aR (6) By substituting equation (5) of equation (6), equation (2) is given.

【0021】図2は、図1に示した本発明による電圧電
流変換回路と図5に示した従来の電圧電流変換回路につ
いて、同じ電源電圧(VCC=2.5V、VDD=−2.5
V)での電圧電流変換特性を比較したグラフである。図
1ではR1=R2=2×R3=10KΩ、図5ではR1
=10KΩとし、電圧電流変換の係数を等しくした。た
だし、VINに対するIOUTの極性が、本発明と従来例と
では逆となるが、本質的な特性比較には影響を及ぼさな
い。
FIG. 2 shows the same power supply voltage (VCC = 2.5 V, VDD = -2.5 V) for the voltage-current conversion circuit according to the present invention shown in FIG. 1 and the conventional voltage-current conversion circuit shown in FIG.
5 is a graph comparing the voltage-current conversion characteristics at V). In FIG. 1, R1 = R2 = 2 × R3 = 10 KΩ, and in FIG.
= 10 KΩ, and the voltage-current conversion coefficients were made equal. However, although the polarity of IOUT with respect to VIN is opposite between the present invention and the conventional example, it does not affect the essential characteristic comparison.

【0022】図2において、従来の電圧電流変換回路で
はVCC−0.9V<VINの領域で入出力直線性が壊れて
いるが、本発明による電圧電流変換回路では、VDD<V
IN<VCCの全ての範囲で入出力直線性を保持している。
In FIG. 2, the input / output linearity is broken in the region of VCC-0.9V <VIN in the conventional voltage-current converter, but in the voltage-current converter according to the present invention, VDD <V
Input / output linearity is maintained in the entire range of IN <VCC.

【0023】なお、図1の例では、カレントミラー回路
CM1とCM2をそれぞれ2個のトランジスタQ1・Q
2とQ3・Q4で構成したが、図3及び図4に示すよう
に、それぞれ3個のトランジスタQ1・Q2・Q5とQ
3・Q4・Q6による3トランジスタ型又はウィルソン
型にしても、上記と同様の作用がある。
In the example shown in FIG. 1, the current mirror circuits CM1 and CM2 each include two transistors Q1 and Q2.
2 and Q3.Q4, but as shown in FIGS. 3 and 4, three transistors Q1, Q2.
A three-transistor type or a Wilson type based on 3.Q4.Q6 has the same effect as described above.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の説明から明かなように本発明によ
れば、素子数の少ない回路構成で両極性入出力に対応で
きる。また、電源電圧範囲の全ての信号入力時に、カレ
ントミラー回路が正常動作するように回路内部のバイア
スポイントを設定できるので、入力電圧範囲を広くでき
るとともに、その範囲の全ての入力信号に対し電圧電流
変換を行うことができる。
As apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to cope with bipolar input / output with a circuit configuration having a small number of elements. In addition, when all signals in the power supply voltage range are input, the bias point inside the circuit can be set so that the current mirror circuit operates normally, so that the input voltage range can be widened and the voltage and current for all input signals in that range Conversion can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による電圧電流変換回路の一例の電気回
路図である。
FIG. 1 is an electric circuit diagram of an example of a voltage-current conversion circuit according to the present invention.

【図2】図1の電圧電流変換回路と従来の電圧電流変換
回路との電圧電流変換特性を比較したグラフである。
FIG. 2 is a graph comparing the voltage-current conversion characteristics of the voltage-current conversion circuit of FIG. 1 and a conventional voltage-current conversion circuit.

【図3】カレントミラー回路を3個のトランジスタで構
成した本発明の他の例の電気回路図である。
FIG. 3 is an electric circuit diagram of another example of the present invention in which a current mirror circuit is configured by three transistors.

【図4】図3の変形例の電気回路図である。FIG. 4 is an electric circuit diagram of a modified example of FIG.

【図5】従来の電圧電流変換回路の電気回路図である。FIG. 5 is an electric circuit diagram of a conventional voltage-current conversion circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 入力端子 5 出力端子 R1・R2・R3 抵抗 Q1・Q2・Q3・Q4・Q5・Q6 トランジスタ CM1・CM2 カレントミラー回路 M・N 接続点 4 Input terminal 5 Output terminal R1, R2, R3 Resistance Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 Transistor CM1, CM2 Current mirror circuit M, N Connection point

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/42 - 1/56 H03F 3/20 - 3/32 H03F 3/34 - 3/36 H03F 3/42 - 3/44 H03F 3/50 - 3/52 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03F 1/42-1/56 H03F 3/20-3/32 H03F 3/34-3/36 H03F 3/42-3 / 44 H03F 3/50-3/52

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】PNPトランジスタで構成された第1のカ
レントミラー回路の入力端と、NPNトランジスタで構
成された第2のカレントミラー回路の入力端とを、直列
接続した第1と第2の抵抗を介して接続し、これら抵抗
の接続点に一端を接続した第3の抵抗の他端を入力端子
とし、前記第1と第2のカレントミラー回路の出力端同
士を接続した点を出力端子とし、第1、第2、第3の抵
抗の抵抗値をそれぞれR1・R2・R3、第1のカレン
トミラー回路の電源電圧をVCC、第2のカレントミラー
回路の電源電圧をVDDとして、R1=R2=R及びR3
=aR(aは任意の係数)、VDD=−VCCに決め、入力
端子の電圧をVIN、出力端子の出力電流をIOUTとする
と、 IOUT=−(2/(2a+1))VIN/R となる関係で電圧電流変換を行うことを特徴とする電圧
電流変換回路。
An input terminal of a first current mirror circuit composed of a PNP transistor and an input terminal of a second current mirror circuit composed of an NPN transistor are connected in series with a first and a second resistor. And the other end of the third resistor having one end connected to the connection point of these resistors is set as an input terminal, and the point connecting the output ends of the first and second current mirror circuits is set as an output terminal. , R1, R2, R3 as the resistance values of the first, second, and third resistors, VCC as the power supply voltage of the first current mirror circuit, and VDD as the power supply voltage of the second current mirror circuit. = R and R3
= AR (a is an arbitrary coefficient), VDD = -VCC, the input terminal voltage is VIN, and the output current of the output terminal is IOUT. IOUT =-(2 / (2a + 1)) VIN / R A voltage-to-current conversion circuit, wherein the voltage-to-current conversion is performed by:
【請求項2】第1のカレントミラー回路及び第2のカレ
ントミラー回路をそれぞれ2個のトランジスタで構成し
たことを特徴とする請求項1記載の電圧電流変換回路。
2. The voltage-current conversion circuit according to claim 1, wherein each of the first current mirror circuit and the second current mirror circuit comprises two transistors.
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