JPH02244309A - 微小電流源 - Google Patents

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、例えば数ｎＡ〜数百ｎＡ程度の微小電流を作
成する微小電流源に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、例えば数ｎＡ〜数百ｎＡ程度の微小電流を作
成する微小電流源において、ｎｐｎ型の第１のトランジ
スタのベースとｎｐｎ型の第２のトランジスタのベース
とを第１の抵抗器を介して接続し、第１及び第２のトラ
ンジスタのエミッタを外付けの第２の抵抗器を介して接
地すると共に、第２のトランジスタのベースに電流源を
接続し、この電流源により第１の抵抗器の両端間に、熱
電圧に比例する所望の電位差を設け、第１のトランジス
タのエミッタに得られる電流の所定分の１の電流を第２
のトランジスタのコレクタに得るようにし、温度変化や
電源電圧の変動等に影響しない安定した微小電流が得ら
れるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば映像機器内の各回路に使用する長時定数を
持ったフィルタを構成する場合、数ｎＡ〜数百ｎＡ程度
の微小電流を供給する必要があった。この微小電流は、
各回路を構成する集積回路内で電源電流を所定分の１（
数十分の１）にして作成している（米国特許筒３，３２
０．４３９号及び第３．３６４．４３４号等参照）。

従来のこの種の微小電流源の構成を第２図に示すと、例
えば第２図Ａに示す如く、第１の端子（３１）をｎｐｎ
型のトランジスタ（３２）のコレクタに接続し、このト
ランジスタ（３２）のエミッタを接地すると共にベース
・コレクタ間を接続する。そして、トランジスタ（３２
）のベースをｎｐｎ型のトランジスタ（３３）のベース
に接続し、このトランジスタ（３３）のエミッタを接地
すると共にコレクタを第２の端子（３４）に接続する。

この場合、トランジスタ（３２）とトランジスタ（３３
）とのエミッタサイズの比をＮ：１（Ｎがトランジスタ
（３２）　”）に設定し、第１の端子（３１）の電流値
をＩＩＮ＋第２の端子（３４）の電流また、別の例を第
２図Ｂに示すと、第１の端子（４１）をｎｐｎ型のトラ
ンジスタ（４２）のコレクタに接続し、このトランジス
タ（４２）のエミッタを抵抗器（４３）を介して接地す
ると共にベース・コレクタ間を接続する。そして、トラ
ンジスタ（４２）のベースをｎｐｎ型のトランジスタ（
４４）のベースに接続し、このトランジスタ（４４）の
エミッタを抵抗器（４５）を介して接地すると共にコレ
クタを第２の端子（４６）に接続する。この場合、トラ
ンジスタ（４２）とトランジスタ（４４）とのエミッタ
サイズの比をＮｉ１（Ｎがトランジスタ（４２））に設
定すると共に、抵抗器（４５）の抵抗値をＲとすると抵
抗器（４３）の抵抗値を　　　と設定し、第１の端子（
４１）の電流値を１１Ｎ＋第２の端子（４６）の電流値
を１゜とすると、の端子（３４）に第１の端子（３１）
の電流値の　　　の電流が得られ、微小電流が作成され
る。

端子（４１）の電流値の　　　の電流が得られ、微小電
流が作成される。

また、さらに別の例を第２図Ｃに示すと、第１の端子（
５１）をｎｐｎ型のトランジスタ（５２）のコレクタに
接続し、このトランジスタ（５２）のエミッタを接地す
ると共にベース・コレクタ間を接続する。

そして、トランジスタ（５２）のベースをｎｐｎ型のト
ランジスタ（５３）のベースに接続し、このトランジス
タ（５３）のエミッタを抵抗器（５４）を介して接地す
ると共にコレクタを第２の端子（５５）に接続する。

このようにすることで、第１の端子（５１）の電流値の
所定分の１の電流信号が第２の端子（５５）に得られる
。但し、この場合には、端子（５１）と端子（５５）と
の電流値の変化が非線型になる。

また、さらに別の例を第２図りに示すと、第１の端子（
６１）をｎｐｎ型のトランジスタ（６２）のコレクタ及
びベースに接続し、このトランジスタ（６２）のベース
をｎｐｎ型のトランジスタ（６３）のベースに接続し、
両トランジスタ（６２）　、　（６３）のエミッタどう
しを抵抗器（６４）を介して接続し、トランジスタ（６
３）のコレクタを第２の端子（６５）に接続する。

この場合、トランジスタ（６３）とトランジスタ（６２
）のエミッタサイズの比をＮ：１（Ｎがトランジスタ（
６３）　）に設定すると、第１の端子（６１）の電流値
の所定分の１の電流信号が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このような従来の回路構成では、種々の問題
があった。即ち、第２図Ａ及びＢに示した回路構成の場
合、トランジスタのエミッタサイズ比が直接電流比にな
るため、数十分の１の微小電流を集積回路内で作成する
ようにすると、トランジスタのために非常に大きな面積
を必要とし、集積回路構成の点から現実的ではない。ま
た、第２図Ｃ及びＤに示した回路構成の場合、トランジ
スタに接続した抵抗器は数Ω程度のものを必要とし、こ
の抵抗器の温度変動による特性変化や特性自体の不均一
のため、得られる微小電流を一定に保つのが困難であっ
た。

本発明は之等の点に鑑み、集積回路に組込むのに適した
精度の高い微小電流源を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の微小電流源は、例えば第１図に示す如く、ｎｐ
ｎ型の第１のトランジスタ（３）のベースとｎｐｎ型の
第２のトランジスタ（７）のベースとを第１の抵抗器（
６）を介して接続し、第１及び第２のトランジスタ（３
）及び（７）のエミッタを外付けの第２の抵抗器（５）
を介して接地すると共に、第２のトランジスタ（７）の
ベースに電流源（１０）を接続し、この電流源（１０）
により第１の抵抗器（６）の両端間に、熱電圧に比例す
る所望の電位差を設け、第１のトランジスタ（３）のエ
ミッタに得られる電流の所定分の１の電流を第２のトラ
ンジスタ（７）のコレクタに得るようにしたものである
。

（作用） 斯る回路構成によると、集積回路化に適した簡単な構成
で、電源電圧の変動や温度変化に依存しないで電流値が
決まり、必要とする電流値が高い精度で得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の微小電流源の一実施例を、第１図を参照
して説明しよう。

この第１図例の回路は集積回路内に構成されたもので、
第１図において、（１）は基準電圧源を示し、この基準
電圧源（１）よりの電圧信号を、演算増幅器（２）の非
反転入力端子に供給し、この演算増幅器（２）の出力端
子をｎｐｎ型のトランジスタ（３）のベースに接続し、
このトランジスタ（３）のエミッタを演算増幅器（２）
の反転入力端子に接続する。さらに、トランジスタ（３
）のベースを抵抗器（６）を介してｎｐｎ型のトランジ
スタ（７）のベースに接続し、トランジスタ（３）及び
（７）のエミッタより共通の外部端子（４）を引出し、
この外部端子（４）に外付けの抵抗器（５）の−端を接
続し、この抵抗器（５）の他端を接地する。

また、電源電圧■。、が得られる電源端子（８）を、ト
ランジスタ（３）のコレクタに接続し、必要とする微小
電流１０が得られる端子（９）をトランジスタ（７）の
コレクタに接続スル。

そして本例においては、トランジスタ（７）のベースに
、電流源（１０）を接続する。この電流源（１０）は、
電源端子（８）を抵抗器（１１）を介してｐｎｐ型のト
ランジスタ（１２）のエミッタに接続する。また、電源
端子（８）を抵抗器（１３）を介してｐｎｐ型のトラン
ジスタ（１４）のエミッタに接続し、トランジスタ（１
２）及び（１４）のベースを接続し、トランジスタ（１
２）及び（１４）でカレントミラー回路を構成する。

そして、トランジスタ（１２）のコレクタ及びベースを
ｎｐｎ型のトランジスタ（１５）のエミッタに接続し、
トランジスタ（１４）のコレクタを、抵抗器（１６）を
介してｎｐｎ型のトランジスタ（１７）のコレクタ及び
ベースに接続する。そして、トランジスタ（１５）及び
（１７）のベースを接続し、トランジスタ（１５）のエ
ミッタを抵抗器（１８）を介して接地すると共に、トラ
ンジスタ（１７）のエミッタを直接接地する。さらに、
トランジスタ（１５）及び（１７）のベースを、ｎｐｎ
型のトランジスタ（１９）のベースに接続し、このトラ
ンジスタ（１９）のエミッタを、抵抗器（２０）を介し
て接地する。この抵抗器（２０）は、抵抗器（１８）と
抵抗値を等しくする。そして、このトランジスタ（１９
）のコレクタを、上述したトランジスタ（力のベースに
接続する。この場合、トランジスタ（１５）とトランジ
スタ（１７）とのエミッタサイズ比をＮ：１　（Ｎがト
ランジスタ（１５））とし、トランジスタ（１５）とト
ランジスタ（１９）のエミッタサイズを同じ値Ｎに設定
し、トランジスタ（１５）及び（１９）でカレントミラ
ー回路を構成する。

そして、この電流源（１０）のスタートアップ回路を構
成するために、電源端子（８）をｎｐｎ型のトランジス
タ（２１）のコレクタに接続し、このトランジスタ（２
１）のエミッタをトランジスタ（１４）のコレクタに接
続し、電源端子（８）を抵抗器（２２）及び（２３）を
介して接地すると共に、この抵抗器（２２）及び（２３
）の接続中点をトランジスタ（２１）のベースに接続す
る。

このように構成したことで、この回路の電源オン時にト
ランジスタ（２１）をオンにさせ、安定状態になるとト
ランジスタ（２１）がオフになるスタートアップ回路と
して機能する。

次に、斯かる回路構成の動作を説明すると、本例の回路
は端子（９）に微小な電流１ｏを得るもので、この端子
（９）が接続されたトランジスタ（７）のベース・エミ
ッタ間電位をｖｏとし、トランジスタ（３）のベース・
エミッタ間電位をＶＩＮとし、このトランジスタ（３）
のエミッタの電流を■、とする。また、基準電圧源（１
）の出力電圧を■。とし、外付けの抵抗器（５）の抵抗
値をＲｏＸとし、抵抗器（６）の抵抗値をＲ１とし、抵
抗器（１８）及び（２０）の抵抗値をＲ２とし、電流源
（１０）により得られる電流であるトランジスタ（１９
）のコレクタの電流値を１１とする。

ここで、このトランジスタ（１９）のコレクタの電流値
Ｉ、は、次式で示される。

数十分の１であるので、 とすることができる。そして、抵抗器（６）に加わる電
位はｌｌＲ１で示されるため、トランジスタ（３）のベ
ース・エミッタ間電位ＶＩＮは、上述の（１）式より、 但し、■、は抵抗器（６）の両端間に発生する熱電圧で
ある。また、入力電流Ｉ０と必要とする電流Ｉ０との関
係を次式に示すと、 となる、この場合、本例においては！。はＩＩ、ｌので
、 Ｖ　、Ｈ＝　Ｋ　Ｖｔ＋　Ｖｏ　　　　　　　　・・・
・（４）とすることができる。但し、Ｋは定数である。

従って・ ■。＝Ｖ　ｔ　ｓ　　Ｋ　Ｖ　Ｔ　　　　　　　　・・
・・（４′）となる。また、各トランジスタの飽和電流
をＩｓとすると、トランジスタ（３）及び（７）のベー
ス・エミッタ間電位ｖ１．４及びｖｏは、次式のように
も示される。

Ｉｓ Ｖｏ−Ｖｔ１ｎ　　　　　　　　　　　　・・・・（６
）Ｉｓ そして、この（３）式、（５）式、（６）式により、電
流Ｉ。

は次式のように示される。

１ｏ＝　□　・　１１１　　　　　　・・・・（７）こ
こで、例えばトランジスタ（１５）　、　（１９）　と
トランジスタ（１７）とのエミッタサイズ比Ｎ：１を決
めるＮ＝ＩＯ，抵抗器（６）と抵抗器（１８）　、　（
２０）との抵抗電流！。は入力型ｖＬＩ　ｔ　Ｈの十分
の１になる。

このように本例の回路構成によると、上述の（７）式に
より端子（９）の電流値■。が決定するので、電流源（
ｌＯ）のトランジスタ（１５）　、　（１９）とトラン
ジスタ（１７）とのエミッタサイズ比を小さくしても、
数ｎＡ程度の微小電流が端子（９）に得られる。この場
合、本例においては、（４′）式に示される如く、この
微小電流を得る端子（９）と接続されたトランジスタ（
７）のベース・エミッタ間電位ｖ０は、トランジスタ（
３）のベース・エミッタ間電位ＶＩＮよりＫＶ。

を減することで得られ、抵抗器（６）の熱電圧■７に比
例した電位差ＫＶ、を電流ａ（１０）により設定すれば
よく、この定数には抵抗器（６）と抵抗器（１Ｂ）。

（２０）との抵抗比Ｒ，：Ｒ，及びトランジスタ（１５
）。

（１９）とトランジスタ（１７）とのエミッタサイズ比
Ｎ：１により定まる。このように各素子の値の比より定
数Ｋが定まるようにしたので、集積回路内の抵抗器等の
各素子の絶対値に不均一があっても比は一定であり、電
流■。が影響されず、安定した高い精度を電流Ｉ０が得
られる。また、抵抗器（５）を集積回路外の外付は部品
とすると共に基準電圧■６を集積回路内の基準電圧源（
１）で作成するようにしたので、（２）式に示される如
く、電流Ｉ０は電源電圧ＶＣＣの変動及び周囲温度の変
化に全く影響を受けない。さらに、本例の回路は高い精
度で微小電流■。が得られるにもかかわらず、素子数が
少なく簡単な回路構成であり、トランジスタのエミッタ
サイズ比も小さいので集積回路化に好適である。

なお、本発明は上述実施例に限らず、本発明の要旨を逸
脱することなく、その他種々の構成が取り得ることは勿
論である。

（１）は基準電圧源、（４）は外部端子、（１０）は電
流源である。

（８）は電源端子、 〔発明の効果］ 本発明の微小電流源によると、少ない素子による簡単な
構成で、温度変化や電源電圧の変動等に影響されない高
精度な微小電流が得られる利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の微小電流源の一実施例を示す回路構成
図、第２図は従来の微小電流源の例を示す回路構成図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｎｐｎ型の第１のトランジスタのベースとｎｐｎ型の第
   ２のトランジスタのベースとを第１の抵抗器を介して接
   続し、上記第１及び第２のトランジスタのエミッタを外
   付けの第２の抵抗器を介して接地すると共に、 上記第２のトランジスタのベースに電流源を接続し、該
   電流源により上記第１の抵抗器の両端間に、熱電圧に比
   例する所望の電位差を設け、上記第１のトランジスタの
   エミッタに得られる電流の所定分の１の電流を上記第２
   のトランジスタのコレクタに得るようにした微小電流源
   。