JP3323034B2 - 定電流供給回路 - Google Patents

定電流供給回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バイポーラ・モノリシ
ック集積回路等に搭載される定電流供給回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の定電流供給回路として
は、例えば図6に示すようなものがあった。
【0003】図6は、従来の定電流供給回路の一構成例
を示す回路図である。
【0004】この定電流供給回路は、抵抗101、NP
Nトランジスタ102、ダイオード103、NPNトラ
ンジスタ104、及びダイオード105が電源電圧VC
CとグランドGNDとの間に直列接続され、さらに、N
PNトランジスタ106、ダイオード107、NPNト
ランジスタ108及び抵抗109が、出力端子110と
グランドGNDとの間に直列接続されている。
【0005】そして、前記トランジスタ102,106
のベースが相互に接続され、さらにトランジスタ10
4,108の各々のベースとコレクタが相互に接続され
ている。
【0006】本回路では、トランジスタ106,108
のコレクタ電流が増加すると、トランジスタ104のベ
ース電流が増え、トランジスタ102,104のコレク
タ電流が増加するため、トランジスタ108のベース電
流が増え、トランジスタ106,108のコレクタ電流
がさらに増加していく正帰還ループを形成している。
【0007】ここで、トランジスタ106,108のコ
レクタ電流が増すことにより、抵抗109の電圧降下が
大きくなり、その結果、トランジスタ108のエミッタ
電位が上がることから、トランジスタ108のベース・
エミッタ間電圧が小さくなり、トランジスタ106,1
08のコレクタ電流は減少していく。こうした動作の平
衡点が本回路の定常状態となる。
【0008】ベース電流を無視できるものとすると、電
源電圧VCCより抵抗101を介してトランジスタ10
1へ流れる電流I1 は、ダイオード103、トランジス
タ104及びダイオード105に流れる電流に等しく、
トランジスタ106に流れる電流I2 は、ダイオード1
07、トランジスタ108及び抵抗109に流れる電流
に等しくなる。
【0009】トランジスタ102,104,106,1
08のベース・エミッタ間電圧をそれぞれVBE102 、V
BE104 、VBE106 、VBE108 とし、ダイオード103,
105,107の順方向バイアス電圧をそれぞれVF103
、VF105 、VF107とし、また抵抗109の抵抗値を
R109 とすると、各素子での電圧降下は、次式のように
示される。
【0010】
【数1】 VBE102 +VF103+VBE108 +R109 ×I2 =VBE106 +VF107+VBE104 +VF105 ……(1) ここで、トランジスタ102と104、トランジスタ1
06と108、及びダイオード103と105がペアが
取れているとするならば、流れる電流が等しいことか
ら、
【数2】VBE102 =VBE104 、VBE106 =VBE108 、V
F103=VF105 となる。この条件を(1)式に代入すると、 R109 ×I2 =VF107 ……(2) となり、その結果、 I2 =VF107/R109 となる。
【0011】上記(2)式で表される電流値が本回路の
供給電流となり、出力端子110から取り出される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の定電流供給回路では次のような問題点があった。ト
ランジスタ102,104のペアとトランジスタ10
6,108のペアとが対になって動作しているため安定
した電流を供給するには、常に、トランジスタ102,
104とトランジスタ106,108とが同一致動作電
圧条件下にある必要がある。
【0013】ところが、電源電圧VCCが上昇した場
合、トランジスタ108のコレクタ電位は、トランジス
タ104のベース・エミッタ間電位にて固定されている
に対し、トランジスタ106のコレクタは、一般的使用
としてエミッタを電源としたPNPトランジスタからな
るカレントミラー回路に接続されることが多く、この場
合は電源電圧VCCの変動に伴い、トランジスタ106
のコレクタ電位が変動することになる。
【0014】このことは、図6の定電流供給回路の基準
となるトランジスタ106,108のペア性が電源電圧
VCCに依存し、アーリー効果の影響によってズレるこ
とを意味し、供給電流値が電源電圧VCCに大きく依存
してしまうという問題を生じている。
【0015】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、幅広い電源電
圧の使用に対して、常に安定した電流を供給することが
できる定電流供給回路を提供することである。またその
他の目的は、回路形成面積の比較的小さな定電流供給回
路を提供することである。さらに、その他の目的は、温
度特性を任意に設定することができる定電流供給回路を
提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明の特徴は、ダイオード接続された第1の
トランジスタ、n(正の整数)個直列接続された第1の
ダイオード、ダイオード接続された第2のトランジス
タ、及びn個直列接続された第2のダイオードを第1電
圧源と第2電圧源との間に直列接続して、前記第2電圧
源を基準に前記第1電圧源より第1の抵抗を介してバイ
アスした電圧源回路を設け、前記電圧源回路の出力側を
第3及び第4のトランジスタのベースに接続し、前記第
3のトランジスタのコレクタを前記第1電圧源に接続
し、該第3のトランジスタのエミッタ側をn個直列接続
された第3のダイオードを介して第5のトランジスタの
コレクタに接続し、その第5のトランジスタのエミッタ
側をn個直列接続された第4のダイオードを介して前記
第2電圧源に接続し、前記第4のトランジスタのエミッ
タ側をn個直列接続された第5のダイオードを介して第
6のトランジスタのコレクタに接続し、その第6のトラ
ンジスタのエミッタ側を第2の抵抗を介して前記第2電
圧源に接続し、前記第5及び第6のトランジスタの各々
のベースをその相互のコレクタに接続し、前記第4のト
ランジスタのコレクタ側を出力ノードとしたことにあ
る。
【0017】上記第2の発明の特徴は、上記第1の発明
において、ダイオード接続され且つ前記第1から第6の
トランジスタに対して逆極性の第7のトランジスタを前
記第1電圧源と前記第3のトランジスタのコレクタとの
間に接続すると共に、前記第7のトランジスタと同極性
のトランジスタからなるカレントミラー回路を前記第1
電圧源と前記第4のトランジスタのコレクタとの間に接
続し、そのカレントミラー回路の出力側を出力ノードと
したことにある。
【0018】上記第3の発明の特徴は、上記第1の発明
において、前記第4のトランジスタ、前記第5のダイオ
ード、前記第6のトランジスタ及び前記第2の抵抗で構
成された第1の回路に対して、この第1の回路と同一の
構成要素からなる第2の回路をカスコード接続すると共
に、前記第1電圧源と前記第2の回路との間に、前記第
1から第6のトランジスタに対して逆極性のトランジス
タからなるカレントミラー回路を接続し、そのカレント
ミラー回路の出力側を出力ノードとしたことにある。
【0019】
【作用】上述の如き構成の第1の発明によれば、電圧源
回路が発生したバイアス電圧により第3及び第4のトラ
ンジスタのベースをバイアスするので、第1電圧源が変
動しても、第3及び第4のトランジスタは、絶えず同じ
ようにコレクタ・エミッタ間電圧が変化して第3及び第
4のトランジスタのアーリー効果の影響を互いに打ち消
し合うように働き、これによって、第3及び第5のトラ
ンジスタのペアと第4及び第6のトランジスタのペアは
常に同一致動作電圧条件下にある。
【0020】さらに、第1から第5のダイオードの直列
接続の個数を任意に設定することにより、それに応じて
回路の温度特性が任意に変化する。
【0021】第2の発明によれば、第7のトランジスタ
が、第3と第4のトランジスタのコレクタ電位を常に同
電位に保つように働くので、第3と第5のトランジスタ
と第4と第6のトランジスタとが常に同一致動作電圧条
件下にある。
【0022】第3の発明によれば、第2の回路によりア
ーリー効果の影響が圧縮される。
【0023】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の第1実施例に係る定電流供給回
路の回路図である。
【0024】この定電流供給回路は、第1の抵抗1と、
ダイオード接続されたNPNトランジスタ2(第1のト
ランジスタ)と、第1のダイオード3と、ダイオード接
続されたNPNトランジスタ4(第2のトランジスタ)
と、第2のダイオード5とが電源電圧VCC(第1電圧
源)とグランドGND(第2電圧源)との間に直列接続
されてなるバイアス回路(電圧源回路)を備え、前記ト
ランジスタ2のコレクタに該バイアス回路の出力電圧V
Fが発生するようになっている。
【0025】さらに、バイアス回路の出力VFでベース
がバイアスされるNPNトランジスタ6,7(第3及び
第4のトランジスタ)が設けられている。そのうち、ト
ランジスタ6は、コレクタが電源電圧VCCに接続さ
れ、そのエミッタが順方向の第3のダイオード8を介し
てNPNトランジスタ9(第5のトランジスタ)のコレ
クタに接続され、そのトランジスタ9のエミッタが第4
のダイオード10を介してグランドGNDに接続されて
いる。
【0026】また、前記トランジスタ7のエミッタが、
順方向の第5のダイオード11を介してNPNトランジ
スタ12(第6のトランジスタ)のコレクタに接続さ
れ、そのトランジスタ12のエミッタが第2の抵抗13
を介してグランドGNDに接続されている。そして、ト
ランジスタ7のコレクタが出力端子14(出力ノード)
に接続されている。
【0027】次に、本実施例の動作を説明する。
【0028】バイアス回路によってトランジスタ2のコ
レクタにバイアス電圧VFを発生させ、この電圧VFに
よりトランジスタ6,7の各ベースをバイアスし、ダイ
オード11にて生ずる電圧を抵抗13で割った値の定電
流を発生させている。また、本実施例の定電流供給回路
も正帰還型であり、電流が増加すると、抵抗13の電圧
降下で電流増加を抑えるように作用し、トランジスタ
6,9とトランジスタ7,12とがペアとなって動作し
ている。
【0029】具体的に説明すると、トランジスタ7,1
2のコレクタ電流が増加すると、トランジスタ9のベー
ス電流が増えて、トランジスタ6,9のコレクタ電流が
増加するため、トランジスタ12のベース電流が増え、
トランジスタ7,12のコレクタ電流がさらに増加して
いく。そして、トランジスタ7,12のコレクタ電流が
増すことにより、抵抗13の電圧降下が大きくなり、そ
の結果、トランジスタ12のエミッタ電位が上昇するこ
とから、トランジスタ12のベース・エミッタ間電圧が
小さくなって、トランジスタ7,12のコレクタ電流は
減少する。こうした動作の平衡点が本回路の定常状態と
なる。
【0030】結果的に、ダイオード11に生ずる電圧を
抵抗13で除算した値として得られる定電流が出力端子
14より出力される。
【0031】その際、バイアス回路が、グランドGND
を基準に電源電圧VCCより抵抗1を介して、トランジ
スタ2のコレクタに例えば約4倍のバイアス電圧VFを
発生し、そのバイアス電圧VFによりトランジスタ6,
7のベースをバイアスしているので、電源電圧VCCが
変動しても、トランジスタ6,7は、絶えず同じように
コレクタ・エミッタ間電圧が変化する。そのため、トラ
ンジスタ6,7のアーリー効果の影響を互いに打ち消し
合うことができ、トランジスタ6,9のペアとトランジ
スタ7,12のペアは常に同一致動作電圧条件下にあ
り、電源電圧VCCが変動しても定電流値Ioutは変
化せず安定したものとなる。
【0032】図2は、本発明の第2実施例に係る定電流
供給回路の回路図であり、図1と共通する要素には同一
の符号が付されている。
【0033】この定電流供給回路は、上記第1実施例の
図1に示したダイオード3,5,8,10,11を、そ
れぞれ複数のダイオードとツェナーダイオードを直列接
続した回路に置き換えた構成である。すなわち、トラン
ジスタ2とトランジスタ4間には、順方向のダイオード
2aと逆方向のツェナーダイオード2bとがそれぞれn
個直列接続され、同様にトランジスタ4とグランドGN
D間にはダイオード5aとツェナーダイオード5bが、
トランジスタ6とトランジスタ9間にはダイオード8a
とツェナーダイオード8bがそれぞれ接続され、さらに
トランジスタ7とトランジスタ12間にはダイオード1
1aとツェナーダイオード11bが直列接続されてい
る。
【0034】本実施例では、ダイオードの直列接続の個
数を任意に設定することにより、本回路において、任意
な温度特性を持たせることができる。
【0035】図3は、本発明の第3実施例に係る定電流
供給回路の回路図であり、図1と共通する要素には同一
の符号が付されている。
【0036】本実施例は、本発明の定電流供給回路にお
ける電流の取り出し方の一例を示すもので、図1の回路
において、電源電圧VCCとトランジスタ7のコレクタ
との間にPNPトランジスタ16,17からなるカレン
トミラー回路を接続し、トランジスタ17のコレクタに
接続された出力端子14より電流を取り出す構成であ
る。加えて、トランジスタ6のコレクタと電源電圧VC
C間に、ダイオード接続されたPNPトランジスタ15
(第7のトランジスタ)を接続することにより、トラン
ジスタ6,7のコレクタ電位を常に同電位に保つように
し、トランジスタ6,9とトランジスタ7,12とが常
に同一致動作条件下にあるように動作する。
【0037】これにより、本実施例においても、電源電
圧VCCが変動しても定電流値Ioutは変化せず安定
したものとなる。
【0038】図4は、本発明の第4実施例に係る定電流
供給回路の回路図であり、図1と共通する要素には同一
の符号が付されている。
【0039】本実施例は、本発明の定電流供給回路にお
ける電流取り出し方の他の例を示すものである。図1の
回路において、トランジスタ7、ダイオード11、トラ
ンジスタ12及び抵抗13からなる回路(第1の回路)
に対応した同一構成要素のトランジスタ21,ダイオー
ド22,トランジスタ23及び抵抗24からなる回路
(第2の回路)を設け、トランジスタ21,23をトラ
ンジスタ7,12にカスコード接続したものであり、こ
れによって、トランジスタ21のコレクタのインピーダ
ンスを高くし、アーリー効果の影響を圧縮するようにし
て、トランジスタ26のコレクタに接続した出力端子1
4より定電流Ioutを取り出している。
【0040】本実施例においても、電源電圧VCCが変
動しても定電流値Ioutは変化せず安定したものとな
る。
【0041】図5は、本発明の第5実施例に係る定電流
供給回路の回路図であり、図1と共通する要素には同一
の符号が付されている。
【0042】本実施例の定電流供給回路は、PNPトラ
ンジスタを用いて回路構成したものである。すなわち、
本実施例の回路は、前述の図1に示した回路において、
NPNトランジスタ2,4,6,7,9,12をそれぞ
れPNPトランジスタ2’,4’,6’,7’,9’,
12’に置き換え、電源電圧VCCとグランドGNDを
逆に配置する構成をとることにより得られる。
【0043】本実施例においても上記第1実施例と同様
の作用効果を有する。
【0044】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、電圧源回路が発生したバイアス電圧により第
3及び第4のトランジスタのベースをバイアスするの
で、第3及び第4のトランジスタのアーリー効果の影響
を互いに打ち消し合うようにすることができる。これに
より、第3及び第5のトランジスタのペアと第4及び第
6のトランジスタのペアは常に同一致動作電圧条件下に
あり、幅広い電源電圧の使用に対して常に安定した電流
を供給することが可能となる。
【0045】さらに、第1から第5のダイオードの直列
接続の個数を任意に設定することにより、任意な温度特
性を持たせることが可能となる。
【0046】第2の発明によれば、第7のトランジスタ
が第3と第4のトランジスタのコレクタ電位を常に同電
位に保つように働くので、第3と第5のトランジスタと
第4と第6のトランジスタとが常に同一致動作条件下に
なり、幅広い電源電圧の使用に対して常に安定した電流
を供給することが可能となる。
【0047】第3の発明によれば、第2の回路を設け、
これを第1の回路とカスコード接続したので、第2の回
路によりアーリー効果の影響が圧縮され、幅広い電源電
圧の使用に対して常に安定した電流を供給することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る定電流供給回路の回
路図である。
【図2】本発明の第2実施例に係る定電流供給回路の回
路図である。
【図3】本発明の第3実施例に係る定電流供給回路の回
路図である。
【図4】本発明の第4実施例に係る定電流供給回路の回
路図である。
【図5】本発明の第5実施例に係る定電流供給回路の回
路図である。
【図6】従来の定電流供給回路の一構成例を示す回路図
である。
【符号の説明】
1 第1の抵抗 2,2’ 第1のトランジスタ 3 第1のダイオード 4,4’ 第2のトランジスタ 5 第2のダイオード 6 第3のトランジスタ 7 第4のトランジスタ 8 第3のダイオード 9,9’ 第5のトランジスタ 10 第4のダイオード 11 第5のダイオード 12,12’ 第6のトランジスタ 13 第2の抵抗 14 出力端子(出力ノード) 15 PNPトランジスタ(第7のトランジスタ) 21,23 NPNトランジスタ(第2の回路) VCC 電源電圧(第1電圧源) GND グランド(第2電圧源)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−83468(JP,A) 特開 平4−96809(JP,A) 特開 平5−297966(JP,A) 特開 平6−332551(JP,A) 実開 平4−82715(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 3/34 G05F 3/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイオード接続された第1のトランジス
    タ、n(正の整数)個直列接続された第1のダイオー
    ド、ダイオード接続された第2のトランジスタ、及びn
    個直列接続された第2のダイオードを第1電圧源と第2
    電圧源との間に直列接続して、前記第2電圧源を基準に
    前記第1電圧源より第1の抵抗を介してバイアスした電
    圧源回路を設け、 前記電圧源回路の出力側を第3及び第4のトランジスタ
    のベースに接続し、前記第3のトランジスタのコレクタ
    を前記第1電圧源に接続し、該第3のトランジスタのエ
    ミッタ側をn個直列接続された第3のダイオードを介し
    て第5のトランジスタのコレクタに接続し、その第5の
    トランジスタのエミッタ側をn個直列接続された第4の
    ダイオードを介して前記第2電圧源に接続し、 前記第4のトランジスタのエミッタ側をn個直列接続さ
    れた第5のダイオードを介して第6のトランジスタのコ
    レクタに接続し、その第6のトランジスタのエミッタ側
    を第2の抵抗を介して前記第2電圧源に接続し、 前記第5及び第6のトランジスタの各々のベースをその
    相互のコレクタに接続し、前記第4のトランジスタのコ
    レクタ側を出力ノードとしたことを特徴とする定電流供
    給回路。
  2. 【請求項2】 ダイオード接続され且つ前記第1から第
    6のトランジスタに対して逆極性の第7のトランジスタ
    を前記第1電圧源と前記第3のトランジスタのコレクタ
    との間に接続すると共に、 前記第7のトランジスタと同極性のトランジスタからな
    るカレントミラー回路を前記第1電圧源と前記第4のト
    ランジスタのコレクタとの間に接続し、 そのカレントミラー回路の出力側を出力ノードとしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の定電流供給回路。
  3. 【請求項3】 前記第4のトランジスタ、前記第5のダ
    イオード、前記第6のトランジスタ及び前記第2の抵抗
    で構成された第1の回路に対して、この第1の回路と同
    一の構成要素からなる第2の回路をカスコード接続する
    と共に、 前記第1電圧源と前記第2の回路との間に、前記第1か
    ら第6のトランジスタに対して逆極性のトランジスタか
    らなるカレントミラー回路を接続し、 そのカレントミラー回路の出力側を出力ノードとしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の定電流供給回路。
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