JPH0227683B2 - Ryokyokuseigatateidenryusochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は何れの方向に対しても定電流を流す
ことができる両極性形定電流装置に関する。

＜従来の技術＞ 従来、一般に第１図に示すようなシンボルマー
クが与えられている定電流素子が市販されてい
る。この定電流素子は第２図に示す回路構成をし
ている。即ち接合形電界効果トランジスタ１１の
一端（ドレイン）は端子１２に接続され、他端
（ソース）は抵抗素子１３を通じて端子１４に接
続されると共に接合形電界効果トランジスタ１１
のゲートに接続される。端子１２側が正、端子１
４側が負とされると、端子１２より接合形電界効
果トランジスタ１１のドレイン・ソース、抵抗素
子１３を順次通り端子１４へ電流が流れる。この
電流の抵抗素子１３における電圧降下が接合形電
界効果トランジスタ１１のゲートに負帰還されて
いるため、接合形電界効果トランジスタ１１のピ
ンチオフ電圧を抵抗素子１３の抵抗値で割つた値
の一定電流が端子１２，１４間に流れることにな
る。

何れの方向に対しても定電流を流したい場合は
第２図に示した定電流回路を互に逆極性で直列に
接続することが考えられる。即ちこれをシンボル
マークで示すと第３図に示すように定電流回路１
５，１６を逆極性で互に接続し、この回路接続は
第４図に示すように定電流回路１５，１６の各接
合形電界効果トランジスタ１１ａ，１１ｂのゲー
トを互に接続し、接合形電界効果トランジスタ１
１ａ，１１ｂの各抵抗素子１３ａ，１３ｂが接続
されていない側の端子（ドレイン）を端子１２，
１４にそれぞれ接続した構成となる。

この構成で端子１４側が正、端子１２側が負と
されると、定電流回路１５の接合形電界効果トラ
ンジスタ１１ａのゲート電圧が定電流回路１５の
ダイオードとしての順方向障壁電圧より高くな
り、点線１７で示すように端子１４、接合形電界
効果トランジスタ１１ｂのドレイン・ソース、抵
抗素子１３ｂ、接合形電界効果トランジスタ１１
ａのゲート・ドレインを通じて端子１２に電流が
流れ、定電流回路１６のみが定電流動作を行い、
定電流回路１５は順方向ダイオードとして動作す
る。従つてこの時は第５図に示すように表わせ
る。逆に端子１２が正、端子１４が負とされる
と、定電流回路１６の接合形電界効果トランジス
タ１１ｂのゲート電圧が定電流回路１６のダイオ
ードとしての順方向障壁電圧よりも高くなり、第
４図に点線１８で示すように端子１２より接合形
電界効果トランジスタ１１ａのドレイン・ソー
ス、抵抗素子１３ａ、接合形電界効果トランジス
タ１１ｂのゲート・ドレインを通じて端子１４に
電流が流れ、定電流回路１５のみが定電流動作を
行い、定電流回路１６は順方向ダイオードとして
動作する。この場合は第６図に示すように表わせ
る。

＜発明が解決しようとする課題＞ このように第４図に示す接続によれば何れの方
向に対しても定電流特性を示す。しかし、その定
電流の方向を切替える時、例えば第５図に示す点
線１７の電流方向から第６図に示すようにそれと
逆方向の定電流に切替えると、その過程において
第７図に示すように、定電流回路１５におけるそ
れまでのダイオードとしての動作中に蓄積した電
荷のために、定電流回路１５は直ちに定電流動作
を行わず、定電流回路１６は直ちに順方向ダイオ
ードとして動作するため、第８図に示すようにそ
の電流方向を切替えた時点t₁に新たに設定された
方向に定電流値よりも過大な電流がパルス的に流
れる。つまり定電流回路１５における蓄積した電
荷を放出する分だけ余分に電流が流れる。順方向
ダイオードとして動作中の定電流回路における内
部電荷の蓄積量は周囲温度の影響を受けて変動す
る。従つて電流方向の切替え時に発生するパルス
電流のピーク値は温度に応じて変動する不安定な
ものであり、そのため回路の平均電流値も温度依
存性のある不安定なものとなる課題が残る。

＜課題を解決するための手段＞ この発明は上記の不安定要素の課題を解決する
ことを目的としたものであり、電流方向の切替え
時にパルス電流をほとんど発生することがなく、
平均電流値が温度によつて変動することがなく、
温度的に安定な両極性形定電流装置を提供するこ
とにある。

この発明によれば例えば一対の端子間に二つの
定電流回路が互に逆極性に接続され、これら定電
流回路のそれぞれにダイオードが定電流方向と順
方向に直列に接続され、一方の定電流回路が定電
流動作をしている時は他方の定電流回路はこれに
接続されたダイオードにより電流が流れないよう
にされる。このためその定電流回路として動作し
ていない回路において電荷が蓄積されることな
く、従つて電流方向を切替えた時にパルス電流が
流れるおそれがない。

＜第１実施例＞ 第９図はこの発明による両極性形定電流装置の
第１の実施例を示す。即ち第３図に示した場合と
同様に端子１２，１４間に定電流回路１５，１６
が互に逆極性で直列に接続されるが、この実施例
ではこれら定電流回路１５，１６とそれぞれ並列
にダイオード２１，２２が接続される。これらダ
イオードはその並列に接続された定電流回路の定
電流方向と逆方向が順方向となるようにされる。
またこのダイオードは定電流回路に対し、その定
電流方向と逆方向に電流が流れた時、つまり順方
向ダイオードとして動作した時の障壁電圧よりも
小さい順方向障壁電圧をもち、かつ回復時間が短
かい、つまり電荷蓄積量が小さいものが好まし
い。このようなダイオード２１，２２としては
金、白金などの貴金属を拡散したいわゆる高速度
回復ダイオードを使用することができる。つまり
接合形電界効果トランジスタのゲート及び一方の
端子（ドレイン）間の順方向電流電圧特性は第１
０図に示すように、例えば温度25℃でその障壁電
圧は約0.55Vであるが、前記高速度回復ダイオー
ドの順方向電流電圧特性は第１１図に示すように
温度25℃で約0.4Vである。

第９図に示した構成において、例えば端子１２
側が負、端子１４側が正の場合は、定電流回路１
５のダイオードとしての順方向障壁電圧よりもダ
イオード２１の順方向障壁電圧の方が小さいた
め、定電流回路１５はダイオードして導通するこ
となく、点線で示すように端子１４より定電流回
路１６、ダイオード２１を順次通じて端子１２へ
電流が流れる。端子１２側を正、端子１４側を負
とすると、同様にして端子１２より定電流回路１
５、ダイオード２２を順次通じて端子１４へ電流
が流れる。この電流の切替えの際にダイオード２
１の電荷蓄積量が少なく、その回復速度が速いた
め、第８図に示したようなパルス電流の発生を抑
えることができ、或はそのパルス電流のピーク値
を小さなものにすることができる。よつて平均電
流値の増加が少なく、温度の影響も受け難く、温
度的に安定性がよいものとなる。

＜第２実施例＞ 第９図では定電流回路１５，１６に互に逆極性
で直列に接続し、これら各定電流回路１５，１６
にそれぞれダイオード２１，２２を定電流方向と
逆方向に並列に接続した。これに対し第１２図は
この発明による両極性形定電流装置の第２実施例
を示す。即ち図において端子１２，１４間におい
て定電流回路１５，１６を互に逆極性で並列に接
続し、これら各定電流回路１５，１６に対し、ダ
イオード２１，２２をそれぞれ順方向に直列に接
続される。この場合も端子１２，１４間は何れの
方向に対しても定電流特性を示し、かつダイオー
ド２１，２２の存在により電流方向の切替え時の
パルス電流を抑圧することができることは容易に
理解できよう。

＜発明の利用例＞ ところでこのような両極性形定電流装置は例え
ば次のように利用される。第１３図に自走形マル
チバイブレータを示し、例えばCMOSにより構
成されたインバータ２３の出力は容量素子２４を
通じてCMOSのインバータ２５へ供給される。
インバータ２５の出力はインバータ２３の入力側
へ帰還される。またインバータ２５の入力側及び
出力側内にこの発明による両極性形定電流装置２
６が接続される。必要に応じてインバータ２５の
入力側は容量素子２４の容量よりも大きい容量の
容量素子２７を通じて共通電位点に接続される。

いまインバータ２３の出力が第１４図Ａに示す
ように高レベルになると、インバータ２５の入力
レベルも第１４図Ｂに示すように急に立上り、そ
の出力は第１４図Ｃに示すように低レベルにな
る。容量素子２７の電荷は定電流装置２６の定電
流で放電し、インバータ２５の入力レベルは第１
４図Ｂに示すように直線的に下る。このレベルが
しきい値Vt以下になると、インバータ２５の出
力は高レベルになり、従つてインバータ２３の出
力は第１４図Ａに示すように低レベルになる。よ
つてインバータ２５の入力は急に下り、これより
定電流装置２６の電流で容量素子２７に対する充
電が行われ、インバータ２５の入力レベルは第１
４図Ｂに示すように直線的に上昇する。このレベ
ルがしきい値Vtを越えると、インバータ２５の
出力は低レベルになり、インバータ２３の出力は
高レベルになり、最初の状態に戻り前述と同様の
ことが繰返される。このようにして発振が行わ
れ、その際に容量素子２７に対する充電電流と、
これと逆方向の放電電流とが定電流装置２６によ
り流され、これら充放電電流は一定値に保持され
るため、マルチバイブレータの発振周波数は一定
のものが得られる。

第１５図は容量式変換装置にこの発明を適用し
た例を示し、検出すべき変位に応じて容量値が差
動的に変化する容量素子２８，２９が設けられ、
容量素子２８，２９の一端は互に接続されてイン
バータ２５の入力側に接続され、各他端は
NANDゲート３１，３２の出力側にぞれ接続さ
れる。インバータ２５の入出力側間にこの発明の
両極性形定電流装置２６が接続され、インバータ
２５の出力側はカウンタ３３の計数入力端子に接
続される。カウンタ３３がｎを計数した時出力が
得られる端子はNANDゲート３１の一方の入力
側、インバータ３４、更に平滑回路３５にそれぞ
れ接続される。インバータ３４の出力側は
NANDゲート３２の一方の入力側に接続され、
NANDゲート３１，３２の各他方の入力側はイ
ンバータ２５の出力側に接続される。

いまゲート３１の出力が高レベルになるとその
立上りで容量素子２８が充電され、インバータ２
５の入力が急に立上る。容量素子２８の充電電荷
は定電流装置２６を通して放電し、インバータ２
５の入力レベルは直線的に低下する。このレベル
がインバータ２５のしきい値Vt以下になるとイ
ンバータ２５が反転しその出力は高レベルにな
る。よつてゲート３１の出力は低レベルになり、
容量素子２９の残存電荷が容量素子２８を通じて
急に放電し、インバータ２５の入力も急に下る。
これより低電流装置２６の電流で容量素子２８に
対する充電が行われ、インバータ２５の入力は直
線的に上昇する。このレベルがしきい値Vtを越
えるとインバータ２５の出力は低レベルになり、
ゲート３１の出力が高レベルになり同様のことが
繰返される。つまりインバータ２５、低電流装置
２６、容量素子２８、ゲート３１で第１３図に示
した自走形マルチバイブレータが構成される。

インバータ２５の出力はカウンタ３３で計数さ
れ、この計数値が一定数ｎになるとカウンタ３３
の出力は高レベルから低レベルになり、再び一定
数ｎを計数するまでこの状態に保持される。よつ
てインバータ３４を介してゲート３２に高レベル
が与えられてこれが開かれ、一方ゲート３１は閉
じる。このためインバータ２５、定電流装置２
６、容量素子２９、ゲート３２により第１３図に
示した自走形マルチバイブレータが構成され、今
度は容量素子２９に対する充放電が繰返される。
カウンタ３３が再びｎを計数するとカウンタの出
力は高レベルになり、再び容量素子２８に対する
充放電が同様にして繰返される。以下同様のこと
が行われる。このようにしてカウンタ３３の出力
から得られるパルス信号の高レベル区間は容量素
子２８の容量C₁に、低レベル期間は容量素子２
９の容量C₂にそれぞれ対応したものになる。よ
つてこの出力パルスを平滑回路３５で平滑するこ
とによりC₁／C₁＋C₂に比例した直流出力が得られ る。

第１３図や第１５図の例のように両方向に定電
流を流し、しかもその定電流を積分して処理する
場合は第８図における切替え時のパルス電流の値
が不安定であることはその処理動作が正しく得ら
れないことになるが、この発明の定電流装置を利
用すればそのような不安定状態がなくなる。

なお定電流回路を直列に接続する場合に、第３
図、第４図に示したように、そのトランジスタの
ゲートを互に接続する場合のみならず、第１５図
の装置２６にシンボルマークで示すように両ゲー
トを端子１２，１４に接続し、トランジタの各一
端（ドレイン）を互に接続してもよい。また第１
６図に示すようにダイオードをブリツジ接続し、
そのダイオードブリツジの一対角を端子１２，１
４とし、他の対角間に定電流回路１５を接続し、
このダイオードとして高速度回復形のものを用い
れば、第８図に示したパルス電流を小さくしかつ
両方向に定電流を流すことができる。この場合
は、何れの方向に流す場合も端子１２，１４間に
２個のダイオードと定電流回路１５とが直列に接
続され、端子１２，１４間の動作電圧が高くなる
が、定電流回路は１個のみで済む。

＜発明の効果＞ 以上詳細に述べたようにこの発明によれば、電
流切替えの際にダイオードの電荷蓄積量が少な
く、その回復速度が速いためパルス電流の発生を
抑えることができ、或いはそのパルス電流のピー
ク値を小さなものにすることがてきる。よつて平
均電流値の増加が少なく、温度の影響も受け難く
温度的に安定性がよいものとなる効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は定電流回路のシンボルマークを示す
図、第２図は定電流回路を示す接続図、第３図は
二つの定電流回路を逆極性で直列に接続した図、
第４図は第３図の具体的回路図、第５図及び第６
図はそれぞれ第４図の回路の電流方向による動作
状態を示す図、第７図は電流方向切替え時の動作
状態を示す図、第８図は電流方向切替え時の電流
を示す図、第９図はこの発明による両極性形定電
流装置の一例を示す接続図、第１０図は接合形電
界効果トランジスタのゲートに順方向電流を流し
た電流電圧特性図、第１１図は高速度回復形ダイ
オードの順方向電流電圧特性図、第１２図はこの
発明による両極性形定電流装置の他の例を示す
図、第１３図はこの発明の定電流装置を適用した
自走形マルチバイブレータを示す接続図、第１４
図はその動作波形図、第１５図はこの発明の定電
流装置を適用した変位変換装置を示す接続図、第
１６図はこの発明による両極性形定電流装置の他
の例を示す図である。 １５，１６：定電流回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の端子間に第１定電流回路とこの第１定
   電流回路がダイオードとして動作するときの順方
   向の障壁電圧よりも小さい障壁電圧をもつ第１ダ
   イオードとが順方向に直列に接続された第１直列
   回路と、第２定電流回路とこの第２定電流回路が
   ダイオードとして動作するときの順方向の障壁電
   圧よりも小さい障壁電圧をもつ第２ダイオードと
   が順方向に直列に接続され前記第１直列回路とは
   逆極性で前記端子間に接続された第２直列回路と
   を具備することを特徴とする両極性形定電流装
   置。 ２ 一対の端子間に二つのダイオードの陽極が第
   １接続点で接続された第１直列回路と、二つのダ
   イオードの陰極が第２接続点で接続された第２直
   列回路とが互いに逆極性で並列に接続され、第１
   接続点と第２接続点との間に電流が第２接続点か
   ら第１接続点に流れる方向に定電流回路が接続さ
   れ、上記各ダイオードの順方向障壁電圧は上記定
   電流回路がダイオードとして動作するときの順方
   向の障壁電圧よりも小とされていることを特徴と
   する両極性形定電流装置。