JPH01230110A

JPH01230110A - 電流発生器

Info

Publication number: JPH01230110A
Application number: JP63203673A
Authority: JP
Inventors: Arthur J Metz; アーサー・ジェー・メッツ
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1989-09-13
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: EP0306134A1; EP0306134B1; JPH0621969B2; DE3877093D1; DE3877093T2; US4740766A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電流発生器、特に集積回路に好適な高精度追
従型電流発生器に関する。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題］電流源及
び電流シンク（吸い込み＃）のような電流発生器は、Ｉ
Ｃ（集積回路）を適正に動作させる為の動作電流や基準
電流を発生するのに広く用いられている。ＩＣに正及び
負の供給電圧を印加し、負の供給電圧に対しこのＩＣの
基板を基準電位にするのが一般的である。このようなＩ
Ｃでは、電流源及び電流シンクは基準電位に対し十分な
精度の安定性を有することが望ましい。

従来、多（の電流発生器が設計されており、単純な２．
３のトランジスタ回路を含むものもある。

このような回路は容易に実現出来るが、精度は低い。ト
ランジスタの電流利得β、トランジスタのＰＮ接合電圧
、温度及び電源電圧等の変動に影響を受けるからである
。より複雑な電流発生器として、帰還ループにＰＮＰ　
）ランジスタを含むものも用いられるが、性能改善は低
周波数動作に限られる。

更に、ラテラル型（横型）ＰＮＰ）ランジスタを使用し
た場合には、これら従来の回路は構造上の不安定性を避
けられない。即ち、基準電圧の突発的な変化に起因する
出力電流のピーキングやリンギングが生じ、望ましくな
い。複数の電流出力を発生する電流発生器には、出力回
路間の結合の問題が更に生じる。即ち、１つの出力回路
の負荷変動が、他の出力回路の電流出力の変動の原因に
なり得るのである。

従って、本発明の目的は、簡単な構成で、トランジスタ
のβ、トランジスタのＰＮ接合電圧、温度、及び電源電
圧等の変動に影響されず、出力電流にピーキング及びリ
ンギングを生じることなく基準電圧の変化に高速に追従
可能で、且つ多出力構成の場合には出力回路間の結合関
係の影響を最少にし得る高精度な電流発生器を提供する
ことである。

［課題を解決する為の手段及び作用］本発明の電流発生器は、基準電圧に応じて出力電流を発
生する。この電流発生器は制御電圧を出力する制御電圧
発生手段を有し、この制御電圧は、負の供給電圧、基準
電圧に比例した電圧、及びオフセット、補償電圧の合計
電圧である。好適実施例では、この制御電圧は、単純な
エミッタフォロア型ＮＰＮ　）ランジスタのバッファ増
幅手段（緩衝増幅器）の入力に印加される。このバッフ
ァ・トランジスタの出力電圧は並列の電流出力トランジ
スタのベースに供給される。各出力トランジスタは、適
正に利得調整されており、負の供給電圧に接続された電
流設定抵抗器を含んでいる。各出力トランジスタのコレ
クタ電流が出力電流となる。

バッファ・トランジスタのＰＮ接合電圧、及び出力トラ
ンジスタのＰＮ接合電圧に起因するオフセット電圧は、
制御電圧発生手段が発生するオフセット補償電圧で正確
に補償される。この結果、基準電圧に比例したリニアな
電圧が電流設定抵抗器の両端に直接印加される。

従って、出力電流は基準電圧に比例している。

これらの出力電流はトランジスタのβ、トランジスタの
接合電圧、温度、或いは供給電圧等の変動に影響されな
い。更に、出力電流は基準電圧に高速に追従し、不要な
ピーキング及びリンギング等を生じることもない。バッ
ファ・トランジスタの出力インピーダンス：ま低いので
、出力回路間の結合による出力電流への影響は最少にな
る。

［実施例］本発明の電流発生器の動作は第１図の回路の解析により
明らかとなる。この回路は、制御電圧発生器（１）と、
バッファ増幅器（２）と、１つ以上の出力回路（３）の
３つの基本区分に分割し得る。

電圧発生器（１）は、入力電圧分圧回路を構成する抵抗
器（１０）及び（１２）と、オペアンプ（演算増幅器）
（１４）と、利得設定抵抗器（１６）及び（１８）と、
出力電圧分圧回路を構成する抵抗器（２０）及び（２２
）と、オフセット補償電圧を発生するダイオード接続の
トランジスタ（２６）及び（２８）を含んでいる。また
、第１図の電圧発生器（１）は、電圧ＶＩＩＰ及びＶ、
を含んでいる。基準電圧Ｖ　Ｒ１：Ｆ　は、入力電圧分
圧回路に接続された入力端子源の電圧である。電圧Ｖ。

は、抵抗器（１２）及び（２２）と・トランジスタ（２
６〉との間の接続点の電圧であり、この電圧Ｖ、は、供
給電圧■、に２つのダイオード接続トランジスタの電圧
降下分を加えた電圧に等しい。

この電圧は電圧源ではないが、便宜上ＶＢ　と参照符号
を付けている。抵抗器（１２）及び（１８）の抵抗値を
夫々Ｒ１、抵抗器（１０）及び（１６）の抵抗値を夫々
Ｒ２とすると、オペアンプ（１４）の出力端子電圧ＶＯ
ＵＴ　は、次式で表される。

ＶＯＵＴ　＝　（Ｒ１／　Ｒ２）　Ｘ　ＶＩＩＥＦ　＋
　ＶＢ従って、オペアンプ（１４）の出力端子電圧ｖｏ
ｕｔ　は、基準電圧Ｖ　ｌ！Ｆ　に比例する電圧と電圧
Ｖ、との和に等しい。　　゛この出力電圧Ｖ。ｕＴ　は、出力電圧分圧回路の一端に
供給される。この出力電圧分圧回路の他端の電圧はＶ、
である。よって、出力電圧分圧回路の両端間の電圧は（
Ｒ１／　Ｒ２）　Ｘ　ＶＲＥＦ　で与えられる。この電
圧は電圧”ＶＥＥ％又は電圧Ｖ、とは無関係である。こ
の電圧が出力電圧分圧回路によって線形分圧され、トラ
ンジスタ（２４）のベースに供給される。

この好適実施例では、トランジスタ（２４）はバッファ
増幅器を構成している。トランジスタ（２４）はエミッ
タ・フォロア型に構成されている。トランジスタ（２４
）のベース入力端子は高インピーダンスなので、出力電
圧分圧回路の出、力電圧の負荷にはならない。トランジ
スタ（２４）のエミッタは、電圧発生回路（１）の出力
電圧分圧回路の電圧からベース・エミッタ間電圧を差し
引いた電圧を出力回路（３）の並列出力トランジスタ群
（３２）乃至（３４）のベースに供給する。

これら出力トランジスタ群（３２）乃至（３４）のベー
スを以後、基準ベース線と称する。トランジスタ（２４
）のエミッタは、基準ベース線を低インピーダンスに維
持すると共に、複数の出力トランジスタのベースを駆動
するのに必要な電流も出力する。トランジスタ（２４）
の電流出力性能は複数の出力トランジスタのベース電流
を供給し得ることを要する。出力トランジスタ間の結合
による影響を防止する為に、基準ベース線のインピーダ
ンスは低いことが望ましい。即ち、出力トランジスタ（
３２）乃至（３４）のベース・コレクタ間容量の為、出
力トランジスタのコレクタ電圧の変化が基準ベース線の
電圧変化を生じる原因となり得る。もし、基準ベース線
のインピーダンスが高いと、基準ベース線の電圧変化も
大きくなり、総ての出力電流に余計な変動が生じる結果
となる。

基準ベース線のインピーダンスが低ければ、対応する電
圧変化も小さく、総ての電流出力は略一定になる。

本発明の電流発生器の最後の部分は、トランジスタ（３
２）乃至（３４）と電流設定抵抗器（３６）乃至（３８
）とを含む電流出力回路（３）である。

１つ以上の出力トランジスタを使用しても良い。

電流設定抵抗器（３６）乃至（３８）の両端の電圧によ
り出力電流が決まる。これら電流設定抵抗器の両端電圧
がリニア（線形的）ならば、出力電流もリニアになる。

電流発生回路（１）の出力電圧分圧回路の出力端子（ト
ランジスタ（２４）のベース）と電流設定抵抗器（３６
）乃至（３８）の上端間の電位差は２つのトランジスタ
のＰＮ接合電圧降下分に相当する。１つ分の電圧降下は
トランジスタ（２４）のエミッタ・ベース間電圧による
もので、もう１つ分は出力トランジスタ（３２）乃至（
３４）の何れか１つのエミッタ・ベース間電圧によるも
のである。本発明の回路では、オフセット補償回路を有
している。このオフセット補償回路は、ダイオード接続
トランジスタ（２６）及び（２８）と、トランジスタ　
（３０）を含んでいる。この補償回路により、トランジ
スタ（２４）と、トランジスタ（３２）又は（３４）に
よって生じるオフセット電圧に等しい正確なオフセット
補償電圧が供給される。この補償電圧は、トランジスタ
（２４）のベースに生じるリニアな電圧（即ち、基準電
圧Ｖ□、に比例する電圧）に加算される。従って、ＰＮ
接合２つ分の電圧降下があった後に電流設定抵抗器（３
６）乃至（３８）の両端に生じる電圧は、基準電圧に比
例するリニアな電圧になる。このオフセット補償回路が
最大精度を発揮する為には、２つの設計上の制限がある
。先ず第１に、トランジスタ（２６）を流れ、る電流の
密度は、出力トランジスタを流れる電流の密度と整合し
なければならない。これは、出力電圧分圧回路の抵抗器
（２０）及び（２２）の値と部品寸法を注意して選択す
ることで達成し得る。

第２に、トランジスタ（２８）を流れる電流の密度は、
トランジスタ（２４）を流れる電流の密度に整合しなけ
ればならない。これは、単純な電流ミラーであるトラン
ジスタ（２８）及び（３０）とトランジスタ（２４）の
寸法を注意して選択することにより達成し得る。

上述のように、基準電圧に比例した高精度のリニアな電
圧が電流設定抵抗器の両端に印加され、リニアな出力電
流を発生させることが出来る。従って、この出力電流は
トランジスタのＰＮ接合電圧及び供給電圧源とは無関係
である。本発明に於いて、出力電流が如何にして高速に
基準電圧に追従するかについては、更に詳細に後述する
。

オペアンプ（１４）の実施例を第２図に示している。こ
のオペアンプ（１４）は３個のＮｒ’Ｎ　トランジスタ
を使用するように設計されている。トランジスタ（４０
）及び（４２）は入力トランジスタ対を形成する。出力
電圧は、負荷抵抗器（４４）の両端の電圧がバッファ・
トランジスタ（４８）を介して出力される。この回路は
、ＮＰＮトランジスタの縦型ＩＣで構成されている場１
合には、特に高速に動作可能である。トランジスタの数
が少数なので、寄生容量は小さく、回路の組立は容易で
ある。総てＮＰＮ　）ランジスタによる構成の為、この
回路は必然的に安定性も優れている。

第３図は、本発明による他の好適実施例の回路図である
。この第３図は、オペアンプ及び他の改良点の回路図を
含んでいる。ダイオード（５０）及び（５２）は、トラ
ンジスタ（４０）及び（４２）に相対的に一定のバイア
ス電流を流す為にオペアンプの最終設計段階で追加され
た。具体的に言えば、これらのダイオードはトランジス
タ（４０）、（４２）及び（４８）のベース・エミッタ
間電圧と、電圧Ｖ、の変化を補償する為に追加されたも
のである。必要なダイオードの正確な数は、抵抗値の比
率及び供給電圧の最終的な選択に応じて決まり、２個と
は限らない。コンデンサ（５４）は、トランジスタ（２
４）の高周波動作時の出力インピーダンスを低減する為
に設けられている。トランジスタ（３０）のベースの抵
抗器（６０）は、トランジスタ（３０〉のベース電流を
低減し、出力トランジスタのベース電流によって生じる
余計。

な電流を補償している。この電流補償は、トランジスタ
（２４）の電流密度を適正に維持するのに必要である。

トランジスタ（２８）のベースの抵抗器（５８）は、ト
ランジスタ（２８）が発生するオフセット補償電圧を値
かに増加するのに必要である。これにより、トランジス
タ　（２４）のベース電圧が僅かに上昇するので、電流
設定抵抗器（３６）及び（３８）の両端の電圧も僅かに
増加する。この増加電圧分は出力電流トランジスタのア
ルファ電流損失を補償する為に必要である。即ち、出力
トランジスタ（３２）乃至（３４）のエミッタで設定さ
れた電流の一部は、ベース電流の為に損失となるのであ
る。この電流発生器の高い電圧の動作性能を改善する為
に、現在の電流出力にベース接地型の追加回路段を加え
ても良いが、その場合、追加トランジスタの分だけベー
ス電流損失は増加する。このようなカスコード接続構成
を用いた場合には、電流を更に僅か増加させる為に、ト
ランジスタ（２６）のベースに追加抵抗器（５６）を加
えても良い。

抵抗器（５６）、（５８）及び（６０）の値は容易に計
算し得る。抵抗器（５６）及び（５８）の値は抵抗器（
２２）の値に略等しくすべきであることが判っている。

抵抗器（６０）の場合、その抵抗値は、トランジスタ（
３０）のトランスコンダクタンスで割ったトランジスタ
（３０）のコレクタ電流と全出力電流との比に略等しい
。

本発明の電流発生器を最終的に実施する際に、消費電力
を低減することが出来る。即ち、トランジスタのコレク
タを可能な限り正電源Ｖ。０ではなく接地電位に接続す
る。これは、トランジスタ（４０）、（４８）及び（２
４）のコレクタを接地することによって実現し得る。

従って、本発明の好適実施例では基準電圧に追従する出
力電流を発生することが示された。この基準電圧はトラ
ンジスタのβ、ＰＮ接合電圧、温度及び供給電圧源とは
無関係である。この追従は高速動作が可能であって、出
力電流にピーキングやリンギングを生じない。出力トラ
ンジスタは互いに分離しているので、出力トランジスタ
のコレクタ電圧の１つに変化があってもそれに対応して
その他の出力電流に変化を及ぼすことがない。

以上本発明の好適実施例について説明したが、本発明は
ここに説明した実施例のみに限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱する事なく必要に応じて種々の変形
及び変更を実施し得る事は当業者には明らかである。

［発明の効果］本発明の電流発生器によれば、制御￥ｉｌ電圧発生手段
の出力する制御電圧が基準電圧に比例する電圧と、オフ
セット補償電圧と、供給電圧源の電圧との和であり、オ
フセット補償電圧によりバッファ増幅手段及び電流出力
回路手段のトランジスタのＰＮ接合電圧を補償し、基準
電圧に比例する電圧のみによって出力電流が決まる。従
って、出力電流は、トランジスタのβ、トランジスタの
ＰＮ接合電圧、温度、及び電源電圧等の変動に影響さ°
れず、且つ出力電流にピーキング及びリンギングを生じ
ることもない。更に、回路構成も簡単で、容易にＩＣ化
出来るので、基準電圧の変化に高速に追従可能であり、
その上、バッファ増幅手段の出力インピーダンスが低い
ので、多出力構成の場合には出力回路間の結合関係の影
響を最少にし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電流発生器の１実施例の回路図、
第２図は第１図のオペアンプ（演算増幅器）の具体例を
示す回路図、第３図は本発明による電流発生器の他の実
施例を示す回路図である。（１）は制御電圧発生手段、（２）はバッファ増幅手段
、（３）は電流出力回路手段である。代　　理　　人　　　　　伊　　藤　　　　　頁間　　
　　　　　　松　　隈　　秀　　盛ＥＥＦＩＧ、１ＦＩＧ、２

Claims

【特許請求の範囲】基準電圧源及び供給電圧源を含み、上記基準電圧源の基
準電圧に比例した電圧、上記供給電圧源の供給電圧及び
オフセット補償電圧の和に等しい制御電圧を発生する制
御電圧発生手段と、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低く
、上記制御電圧に応じた電圧を発生するバッファ増幅手
段と、上記供給電圧源に接続され、上記バッファ増幅手段の出
力電圧に応じた出力電流を発生する電流出力回路手段と
を具え、上記オフセット補償電圧により、上記バッファ増幅手段
及び上記電流出力回路手段に含まれるトランジスタのＰ
Ｎ接合電圧が補償されることを特徴とする電流発生器。