JP3408063B2 - 集積回路の定電流回路 - Google Patents

集積回路の定電流回路

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JP3408063B2
JP3408063B2 JP16600296A JP16600296A JP3408063B2 JP 3408063 B2 JP3408063 B2 JP 3408063B2 JP 16600296 A JP16600296 A JP 16600296A JP 16600296 A JP16600296 A JP 16600296A JP 3408063 B2 JP3408063 B2 JP 3408063B2
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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、集積化に好適な集
積回路の定電流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、集積回路は、複数の回路を有し、
また、バイアス源となる定電流回路を少なくとも一つ集
積化しておく。そして、前記定電流回路は複数の回路に
定電流を供給し、図2は前記定電流を発生する定電流回
路のうちバンドギャップ型の定電流回路を示す回路図で
ある。
【0003】図2において、定電流回路が起動すると、
第1電流ミラー回路1の出力電流は第2電流ミラー回路
2で反転された後、第1電流ミラー回路1に供給され、
その為、第1及び第2電流ミラー回路1及び2により正
帰還ループが構成される。また、第2電流ミラー回路2
を構成するトランジスタ2aのエミッタには抵抗3が接
続されており、トランジスタ2aのエミッタ電流により
抵抗3に電圧降下が発生する。そして、抵抗3の電圧降
下により、トランジスタ2aのベース−エミッタ間電圧
が変化し、トランジスタ2aに流れるエミッタ電流が変
化する。その為、前記エミッタ電流が小さいとき、正帰
還ループによりエミッタ電流は大きくなり、前記エミッ
タ電流が大きいと、トランジスタ2aのベース−エミッ
タ間電圧が小さくなりエミッタ電流は小さくなる。よっ
て、正帰還ループと抵抗3の電圧降下による負帰還とに
より第1及び第2電流ミラー回路1及び2に流れる電流
は一定になる。そして、前記電流Iは、トランジスタ2
aとトランジスタ2bとのエミッタの面積比をnとし、
Kをボルツマン定数、qを電荷量とすると、
【0004】
【数1】
【0005】となる。また、トランジスタ4及び5が第
1電流ミラー回路1にミラー接続されているので、トラ
ンジスタ4及び5のコレクタには第1電流ミラー回路1
の入力信号を反転した出力電流が発生する。トランジス
タ4のコレクタ電流は、電流ミラー回路6を介して第1
利用回路7に供給されると共に、トランジスタ5のコレ
クタ電流は電流ミラー回路8を介して第N利用回路9に
供給される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2に
おいて、第1電流ミラー回路1及びそれにミラー接続さ
れるトランジスタ4及び5はPNPトランジスタで構成
されているので、集積化に不適当であるという問題があ
った。一般に、PNPトランジスタを集積化すると、他
の素子に比べチップ面積は大きくなる。そして、トラン
ジスタ4及び5の如き定電流を供給するためのトランジ
スタは、各セル毎に1個は必ず必要になるので、そのよ
うなトランジスタの数は多数となる。その為、集積回路
において、トランジスタ4及び5の如きトランジスタの
チップ面積が占める割合が大きくなり、高集積化を阻害
していた。また、PNPトランジスタを用いると、アー
リー効果が大きくなるので、定電流の供給能力が低下す
るという問題もあった。
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】 本発明は、 第1電流ミラ
ー回路と、入力側が前記第1電流ミラー回路の出力側に
接続されると共に、出力側が前記第1電流ミラー回路の
入力側に接続される第2電流ミラー回路と、前記第1電
流ミラー回路の出力側と前記第2電流ミラー回路の入力
側との間に直列接続された複数のダイオード素子及び抵
抗と、該ダイオード素子または抵抗の一端に発生する出
力電圧が印加されると共に、前記ダイオード素子と同一
の個数でダーリントン接続されるトランジスタと、該ト
ランジスタの出力電圧を定電流に電流変換する少なくと
も1つの電流変換回路とから成ることを特徴とする。
【0009】さらに、前記電流変換回路は、前記トラン
ジスタの出力電圧に応じて電流を発生する第3電流ミラ
ー回路と、該電流ミラー回路の入力側に接続される抵抗
とから成ることを特徴とする。またさらに、前記電流変
換回路は、エミッタが抵抗を介してダーリントン接続さ
れるトランジスタの終段のトランジスタのエミッタに接
続され、ベースが接地される第1トランジスタと、ベー
スが前記第1トランジスタのコレクタに接続され、エミ
ッタが接地され、コレクタを出力端とする第2トランジ
スタとから成ることを特徴とする。
【0010】さらにまた、前記第2電流ミラー回路の入
出力電流比を1:nとすることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態を示す
図であり、1は電流ミラー回路、2はエミッタサイズが
n:1となるトランジスタ2a及び2bから成り、第1
電流ミラー回路の入力電流を発生する第2電流ミラー回
路、3は、トランジスタ2aのエミッタの接続された抵
抗、10及び11は第1及び第2電流ミラー回路1及び
2の間に接続されるとともに、ダイオード接続される第
1及び第2トランジスタ、12はトランジスタ10のコ
レクタに接続された抵抗、13及び14はダーリントン
接続される第3及び第4トランジスタ13及び14、1
5はエミッタサイズが第2電流ミラー回路2のトランジ
スタ2bのエミッタサイズと同一であるトランジスタ1
5aと、トランジスタ15bとから成る第3電流ミラー
回路、16は第3電流ミラー回路15の入力側に接続さ
れた抵抗、17はエミッタサイズが第2電流ミラー回路
2のトランジスタ2bのエミッタサイズと同一であるト
ランジスタ17aと、トランジスタ17bとから成る第
N電流ミラー回路、18は第N電流ミラー回路17の入
力側に接続された抵抗である。尚、図1において、第1
及び第2電流ミラー回路と、トランジスタ10及び11
と、抵抗3及び12とによりバンドギャップ型の定電圧
を構成し、トランジスタ13及び14によりエミッタフ
ォロア回路が構成される。
【0012】図1において、第1電流ミラー回路1の出
力電流が第2電流ミラー回路2で反転され、第1電流ミ
ラー回路1に供給されることにより、第1及び第2電流
ミラー回路1及び2には一定の電流I1が流れる。電流
I1により、第1及び第2トランジスタ10及び11は
オンし、抵抗12にも前記電流I1が流れ、抵抗12に
かかる電圧降下V12は抵抗値をR12とすると、V1
2=I1×R12となる。その為、第3トランジスタ1
3のベースに印加される電圧Vb13は、トランジスタ
2b、10及び11のベースエミッタ間電圧が等しくV
beとすると、
【0013】
【数2】
【0014】となる。また、そして、第3トランジスタ
13のベース電圧は第3及び第4トランジスタ13及び
14によりレベルシフトされるので、第4トランジスタ
14のエミッタ電圧は、第3及び第4トランジスタのベ
ース−エミッタ間電圧をVbeとすると、
【0015】
【数3】
【0016】となる。トランジスタ14のエミッタ電圧
は抵抗16及び18に印加される。第3電流ミラー回路
15において、抵抗16の一端に第4トランジスタ14
のエミッタ電圧が印加され、抵抗16の他端にダイオー
ド接続されるトランジスタ15aのベース電圧が印加さ
れているので、抵抗16に流れる電流I16は、抵抗1
6の抵抗値をR16とし、トランジスタ15aのベース
−エミッタ間電圧をVbeとすると、
【0017】
【数4】
【0018】となる。抵抗16の抵抗値が抵抗12の抵
抗値と同一であるとき、式(4)より抵抗16に流れる
電流I6は第1及び第2電流ミラー回路1及び2に流れ
る電流I1と同一になる。また、トランジスタ15aの
エミッタサイズはトランジスタ2bのエミッタサイズと
同一にしているので、トランジスタ2b及び15bのベ
ース−エミッタ間電圧Vbeが等しくなり、トランジス
タ15aにも電流I1が流れる。第3電流ミラー回路1
5のミラー比を1とすると、第3電流ミラー回路15は
電流I1をそのまま反転し、第1利用回路7に供給す
る。尚、抵抗16の抵抗値を変更することによって、抵
抗16に流れる電流を任意に設定することができる。
【0019】また、第4トランジスタ14のエミッタ電
圧は抵抗18の一端にも印加され、抵抗18の他端の電
圧は、トランジスタ17aのベース−エミッタ間電圧と
なる。抵抗18の抵抗値を抵抗12の抵抗値と同一と
し、トランジスタ17aのエミッタサイズをトランジス
タ2bのエミッタサイズと同一とすると、第N電流ミラ
ー回路17は電流I1を反転し第N利用回路9に供給す
る。
【0020】第4トランジスタ14のエミッタには、電
流ミラー回路だけでなく、アナログトランジスタで構成
される論理回路へインジェクション電流を発生させるた
めの回路22も接続される。第4トランジスタ14のエ
ミッタ電圧は、抵抗19の一端に印加される。また、ト
ランジスタ20がオンすることにより、抵抗19の他端
の電圧はトランジスタ20のベース−エミッタ間電圧と
なる。抵抗19の抵抗値が抵抗12の抵抗値と同一であ
るとともに、トランジスタ20のベース−エミッタ間電
圧がトランジスタ2bのベース−エミッタ間電圧と同一
とすると、電流ミラー回路15の場合と同様に、抵抗1
9に第1及び第2電流ミラー回路1及び2の流れる電流
I1と同一の電流が流れる。抵抗19に流れる電流はト
ランジスタ20のエミッタ−コレクタ路を介してトラン
ジスタ21のベースに供給され、トランジスタ21のコ
レクタからインジェクション電流が発生する。
【0021】尚、抵抗16の場合と同様に、抵抗18及
び19の抵抗値を変更すれば、抵抗18及び19に流れ
る電流をそれぞれ任意に変更することができる。さら
に、第3及び第4トランジスタ13及び14はダーリン
トン接続されているので、第3及び第4トランジスタ1
3及び14の電流増幅率が同一で十分大とすると、第3
及び第4トランジスタ13及び14の複合電流増幅率は
それぞれの電流増幅率の2乗となり、第3及び第4トラ
ンジスタ13及び14の電流供給能力は十分に高い。よ
って、PNPトランジスタを多用することなく第1及び
第2電流ミラー回路に発生する電流を利用回路にバイア
スとして供給させることができる。
【0022】次に、図1の回路を同一基板上に集積化し
た場合、良好な温度特性が得られるという効果について
説明する。図1のトランジスタ2b、10及び11のベ
ース−エミッタ間電圧Vbeは負の温度特性を有すると
ともに、抵抗12の抵抗値も正の温度特性を有する。そ
して、第3トランジスタ13のベース電圧は第3及び第
4トランジスタ13及び14でレベルルシフトされるの
で、第4トランジスタ14のエミッタ電圧Ve14は式
(3)の如くなる。そして、抵抗16に流れる電流は、
式(4)の如くなり、式(4)から明らかなようにトラ
ンジスタのベースエミッタ間電圧Vbeの項がなくなる
ので、前記電流はVbeの温度特性の影響を受けない。
また、同一基板上の集積回路の抵抗の温度特性はその抵
抗値の依らず一定である。式(4)から明らかな如く、
分母及び分子の温度特性は等しくなり、温度特性による
変化がキャンセルされるので、抵抗16に流れる電流は
温度に応じて変化せず、その電流の温度特性は略フラッ
トになる。また、抵抗18及び19に流れる電流も、電
流ミラー回路15の場合と同様に温度特性が略フラット
になる電流となる。また、抵抗16の他端の電圧は第4
トランジスタ14のベース−エミッタ間電圧Vbeに等
しい。まず、抵抗16の両端にトランジスタのベース−
エミッタ間電圧Vbeがそれぞれ印加されるので、トラ
ンジスタのベース−エミッタ間電圧Vbeの温度特性に
よる抵抗16の両端の電圧差は変化しない。また、第4
トランジスタ14のエミッタ電圧は抵抗12の抵抗値の
温度特性によっても変化する。ここで、同一基板上の集
積回路の抵抗はその値に依らずすべて等しいので、抵抗
16の抵抗値の温度特性は抵抗12の温度特性と同一で
ある。エミッタ電圧Ve14の温度特性の温度係数と抵
抗16の温度特性の温度係数は等しくなるので、抵抗1
6に流れる電流の温度特性は略フラットである。但し、
第1及び第2電流ミラー回路1及び2に流れる電流は非
常にフラットである。また、抵抗18及び抵抗19に流
れる電流の温度特性も、それぞれの抵抗の一端には第4
トランジスタ14のエミッタ抵抗が印加され、その他端
の電圧はトランジスタのベース−エミッタ間電圧と同一
になるので、電流回路15の場合と同様に、略フラット
になる。
【0023】尚、電流供給能力を高めるため、第3及び
第4トランジスタ13及び14の代わりにM個のトラン
ジスタをダーリントン接続する場合、トランジスタ2b
と抵抗12との間にM段のダイオード素子を接続する
と、略フラットな温度特性が得られる。
【0024】
【発明の効果】以上述べた述べた如く、本発明に依れ
ば、バンドギャップ型の定電圧回路の出力電圧をエミッ
タフォロワ回路を介して発生させ、前記出力電圧を定電
流に電流変換するので、PNPトランジスタを多用せず
に定電流を得ることができる。特に、定電圧回路を2つ
の電流ミラー回路で構成すれば、PNPトランジスタは
2個だけ使用するだけでよい。その為、集積化に際し
て、PNPトランジスタの占める部分を大幅に低減で
き、集積化に好適な定電流回路を提供することができ
る。また、PNPトランジスタによるアーリー効果を低
減させることができるとともに、エミッタフォロワ回路
をダーリントン接続したトランジスタで構成するので、
複数の利用回路に十分にバイアス電流を供給することが
できる。
【0025】また、定電圧回路の出力電圧をダイオード
素子によりレベルシフトし、ダーリントン接続したトラ
ンジスタによりレベルシフトするとともに、定電圧回路
と同一の特性を有する素子により電流変換回路を構成す
るので、集積化した際、それぞれの素子の温度特性をキ
ャンセルすることができ、定電流の温度特性を略フラッ
トにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す回路図である。
【図2】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 第1電流ミラー回路 2 第2電流ミラー回路 7 第1利用回路 8 第N利用回路 15 第3電流ミラー回路 17 第N電流ミラー回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 3/30 G05F 3/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1電流ミラー回路と、入力側が前記第
    1電流ミラー回路の出力側に接続されると共に、出力側
    が前記第1電流ミラー回路の入力側に接続される第2電
    流ミラー回路と、前記第1電流ミラー回路の出力側と前
    記第2電流ミラー回路の入力側との間に直列接続された
    複数のダイオード素子及び抵抗と、該ダイオード素子ま
    たは抵抗の一端に発生する出力電圧が印加されると共
    に、前記ダイオード素子と同一の個数でダーリントン接
    続されるトランジスタと、該トランジスタの出力電圧を
    定電流に電流変換する少なくとも1つの電流変換回路と
    から成ることを特徴とする集積回路の定電流回路。
  2. 【請求項2】 前記電流変換回路は、前記トランジスタ
    の出力電圧に応じて電流を発生する第3電流ミラー回路
    と、該電流ミラー回路の入力側に接続される抵抗とから
    成ることを特徴とする請求項1に記載の集積回路の定電
    流回路。
  3. 【請求項3】 前記電流変換回路は、エミッタが抵抗を
    介してダーリントン接続されるトランジスタの終段のト
    ランジスタのエミッタに接続され、ベースが接地される
    第1トランジスタと、ベースが前記第1トランジスタの
    コレクタに接続され、エミッタが接地され、コレクタを
    出力端とする第2トランジスタとから成ることを特徴と
    する請求項1に記載の集積回路の定電流回路。
  4. 【請求項4】 前記第2電流ミラー回路の入出力電流比
    を1:nとすることを特徴とする請求項1記載の集積回
    路の定電流回路。
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