JPH0292006A - カレントミラー回路 - Google Patents

カレントミラー回路

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JPH0292006A
JPH0292006A JP63245714A JP24571488A JPH0292006A JP H0292006 A JPH0292006 A JP H0292006A JP 63245714 A JP63245714 A JP 63245714A JP 24571488 A JP24571488 A JP 24571488A JP H0292006 A JPH0292006 A JP H0292006A
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JP
Japan
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current
transistor
base
ratio
emitter
Prior art date
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JP63245714A
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English (en)
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Kimitoshi Niratsuka
公利 韮塚
Kazuhiko Kikuchi
和彦 菊地
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Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
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Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
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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】 〔概要〕 カレントミラー回路、特に構成トランジスタのエミッタ
面積比を所望の電流比に等しくして、基準電流に比例し
た出力電流の流入又は流出をする回路に関し、 該エミッタ面積比や電流増幅率の大小に左右されること
な(、基準電流と、出力電流との間の所望の電流比を保
持し、かつ低電圧使用範囲の拡大を図ることを目的とし
、 コレクタが基準電流を供給する定電流源に接続され、エ
ミッタが共通線に接続され、かつベースがダイオード接
続される第1のトランジスタと、コレクタが出力電流を
流す負荷回路に接続され、エミッタが共通線に接続され
る第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのベ
ースと、第2のトランジスタのベースとの間に接続され
る差動増幅器とを具備し、前記差動増幅器の非反転入力
が第1のトランジスタのベースに接続され、該差動増幅
器の出力及び反転入力が第2のトランジスタのベースに
接続され、前記第1のトランジスタと、第2のトランジ
スタとのエミッタ面積比に対する電流比の出力電流が、
負荷回路に流入、又は流出することを含み構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、カレントミラー回路に関するものであり、更
に詳しく言えば、構成トランジスタのエミッタ面積比を
所望の電流比に等しくして、基準電流に比例した出力電
流の流入又は流出をする回路に関するものである。
近年、様々な電子回路や各種集積回路において、基準電
流に対して所望の電流比の電流を得るために、ダイオー
ドバイアス法を利用したカレントミラー回路や、ベース
電流を補償したカレントミラー回路が用いられている。
しかし、前者の回路ではエミッタの面積比が大きい場合
や電流増幅率が小さい場合には、基準電流と出力電流と
の間に所望の電流比が保持できなくなるという第1の問
題がある。
また、後者の回路では、基準電流を供給するためのトラ
ンジスタのベース・エミッタ電圧を2段分必要とし、こ
れによる電源電圧が高くなることから、カレントミラー
回路の低電圧使用化を図ることができないという第2の
問題がある。
そこで、所望の電流比を保持し、かつ低電圧で動作する
カレントミラー回路の要求がある。
〔従来の技術〕
第5.6図は、従来例に係る説明図である。
第5図(a)、(b)は、従来例のカレントミラー回路
に係る説明図であり、同図(a)はその回路構成図を示
している。
図において、Qlはnpn型のトランジスタであり、そ
のコレクタC1が定電流源CCに接続され、エミッタE
、が共通線CLに接続され、ベースB1が、トランジス
タQ2のベースB2と、トランジスタQ、のコレクタと
に接続されている。
なお、トランジスタQ、はそのコレクタC1と、ベース
B、とを短絡することによって、ダイオード接続されて
いる。
また、Q2はnpn型のトランジスタであり、そのコレ
クタC2が負荷回路RCに接続され、エミッタE!が共
通線CLに接続されている。なお、ベースB2はトラン
ジスタQ1のベースB、に接続されている。
さらに、TRは定電流源CCから供給される基準電流で
あり、■0は負荷回路RCに流れる所望の電流比(ミラ
ー比)[0/IRの出力電流であるゆなお、電流比To
/IRは、トランジスタQ + +Q、のエミッタ面積
比nに等しくしである。
これ等により、例えば負荷回路RCから出力電流IOを
吸い込むダイオードバイアス法を利用したカレントミラ
ー回路が構成されている。
この回路において、トランジスタQ1とQ2との各エミ
ッタE+、Exには、はぼ1:nの電流、すなわちトラ
ンジスタQ、のエミッタ電流をL+、トランジスタQ2
のエミッタ電流をtitとすると、I!!”nl!Iの
関係を満足する電流が流れる。
しかし、基準電流IRから出力電流IOを計算すると、
まず基準電流IRは I R= Ic++ Im++ Imtとなり、−力出
力電流10は、 10=Ict となる。但し、nはQ、・Q2のエミッタ面積比、he
mは電流増幅率である。
したがって、電流比10/IRは、 増幅率り2.が小さい場合には、基準電流IRと出力電
流■0との間に所望の電流比10/IRを保持すること
ができなくなる。
同図(b)は、エミッタ面積比nと電流比■0/IRと
の関係を表す特性図を示している。
図において、実線Aは電流増幅率をり10=100とし
た場合の電流比[0/IR対工ミツタ面積比nの実特性
であり、また、破線Bは、電流比!0/IRとエミッタ
面積比nとが1:1になる理想特性である。
第6図は、従来例のカレントミラー回路に係る問題点を
説明する図であり、ベース電流補償型のカレントミラー
回路を示している。
同図は、ダイオードバイアス法を利用したカレントミラ
ー回路の問題点を解決する回路として、トランジスタQ
10Q、のベース電流!。、■20を補償するトランジ
スタQ、を接続したカレントミラー回路を示している。
図において、基準電流IRから出力電流IOを計算する
と、まず基準電流!Rは、 I R= Ic*+ rss 一!。+ H、ll+ 1  < 1 @、l+ 11
4)1+n ″” (hra+ 1) h・1)!・・となる、但し
、LxはトランジスタQ、のコレクタ電流、[0はトラ
ンジスタQ、のベース電流である。
一方出力電流■0は、 To凋IC4 となる、但し、nはQ、・Q4のエミッタ面積比、)1
fsは電流増幅率、IC4はトランジスタQ4のコレク
タ電流である。
したがって、電流比10/ l Rは、となり、エミッ
タ面積比nが大きい場合でも、電流増幅率hf、が小さ
い場合でも、所望の電流比10/IRをある程度保持す
ることができる。
しかし、基準電流rRを供給する電源電圧■。。
は、トランジスタQ1のベース・エミッタ間の電圧Vl
!3と、トランジスタQ5のベース・エミッタ間の電圧
v stsと、定電流源CCの内部降下v0の和(Vc
c=VmE* + V@is + Vo )以上必要で
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、ダイオードバイアス法を利用したカレントミラ
ー回路によれば、エミッタ面積比nが大きい場合や電流
増幅率ht、が小さい場合には、基準電流IRと、出力
電流!0との間に、所望の電流比10/IRが保持でき
ないという第1の問題がある。
また、ベース電流補償型のカレントミラー回路によれば
、基準電流IRを供給する電源電圧VCCがトランジス
タQ10Qsの2段分(エミッタ電圧■□s + Vs
zs ) )十内部降下v0、例えばベース・エミッタ
電圧Vwz−0,7(V) 、内部降下Vo −0,3
(V) トすれば、Vcc=0.7 X 2 +0.3
−1.7  (V)以上の電圧を必要とし、これ以下の
電圧では動作しない。これにより、カレントミラー回路
の低電圧使用化を図ることができないという第2の問題
がある。
本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創作されたもの
であり、エミッタ面積比や電流増幅率の大小に左右され
ることなく、基準電流と、出力電流との間の所望の電流
比を保持し、かつ低電圧使用範囲の拡大を図ることを可
能とするカレントミラー回路の提供を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のカレントミラー回路は、その原理図を第1図に
、その一実施例を第2〜4図に示すように、コレクタC
1が基準電流!Rを供給する定電流源CCに接続され、
エミッタEtが共通線CLに接続され、かつベースB1
がダイオード接続される第1のトランジスタQ + o
と、コレクタC2が出力電流IOを流す負荷回路RCに
接続され、エミッタEよが共通線CLに接続される第2
のトランジスクQ!。と、前記第1のトランジスタQ 
IoのベースB1と、第2のトランジスタQzoのベー
スB!との間に接続される差動増幅器DAとを具備し、
前記差動増幅器DAの非反転入力が第1のトランジスタ
Q loのベースB1に接続され、該差動増幅器DAの
出力及び反転入力が第2のトランジスタQ2゜のベース
B2に接続され、前記第1のトランジスタQ1゜と、第
2のトランジスタQ2oとのエミッタ面積比nに対する
電流比10/IRの出力電流■0が、負荷回路RCに流
入、又は流出することを特徴とし、上記目的を達成する
〔作用〕
本発明によれば、第1のトランジスタQ + oのベー
スB、と第2のトランジスタQ toのベースBzとの
間に差動増幅器DAを接続している。
このため、第1のトランジスタQ IoのベースB1及
び共通線CL間の電圧VIEI と、第2のトランジス
タQ2゜のベースB2及び共通線CLの電圧v6.とが
、例えば負帰還構成された差動増幅器DAにより常に同
等に保持される。従って基準電流IR,出力電流!0間
の所望の電流比10/IRと、エミッタ面積比nとの関
係を とすることができる。
これにより、従来例のようにエミッタ面積比nや電流増
幅率+1fsの大小に左右されることなく基準電流IR
と出力電流IOとの間の所望の電流比10/IRを保持
すること、かつ第1のトランジスタQ20のベースB1
及び共通線CL間の電圧を従来例に比べて、1段分とす
ることが可能となる。
〔実施例〕
次に図を参照しながら本発明の実施例について説明をす
る。
第2〜4図は、本発明の実施例に係るカレントミラー回
路を説明する図であり、第2図は、本発明の第1の実施
例に係るカレントミラー回路の構成図を示している。
図において、Q r oはnpn型トランジスタであり
、そのコレクタC1が定電流1lICCに接続され、エ
ミッタE1が共通線CLに接続され、ベースB。
が差動増幅器DAの非反転入力、すなわちトランジスタ
Q3+のベースに接続されている。なお、トランジスタ
Q + oはコレクタC8、ベースB1とを短絡するこ
とによってダイオード接続されている。
さらに、Q2はnpn型のトランジスタであり、そのコ
レクタC!がオペアンプ等の負荷回路RCに接続され、
エミッタE2が共通線CLに接続され、ベースB、が差
動増幅器DAの出力に接続されている。
また、DAは差動増幅器であり、npn型のトランジス
タから成る差動対トランジスタQ31及びQ3!と、該
差動対トランジスタ用のカレントミラー回路を形成する
pnp型トランジスタQ、及びQ saと、pnp型ト
ランジスタから成る出力トランジスタQ 3%と、抵抗
R1から構成されている。
なお、差動増幅器DAは、トランジスタQ3gのベース
と出力トランジスタQ 3%のコレクタとを短絡するこ
とによってその一部が反転入力される負帰還回路を構成
している。
次に、IRは定電流源CCから供給される基準電流であ
り、!0は負荷回路RCに流れる所望電流比10/IR
の出力電流である。なお、電流比I O/ I Rは、
トランジスタQ t o + Q z oのエミッタ面
積比に等しくしである。
これ等により、例えば負荷回路RCから出力電流IOを
吸い込むカレントミラー回路を構成することができる。
次にその動作について説明をする。
第2図において、ICI・はトランジスタQ + oの
コレクタ電流、■□。はトランジスタQ20のベースt
i、!ア1.はトランジスタQ1゜のエミッタ電流、■
。、は差動増幅器DAのトランジスタQ 31のベース
電流、+cz。はトランジスタQ2゜のコレクタ電流、
182゜はトランジスタQ2゜のベース電流、!!+1
はトランジスタQ 20のエミッタ電流、11112は
差動増幅器DAのトランジスタQ stのベース電流を
それぞれ示している。
また、vo、はトランジスタQ1゜のベース・工ミッタ
間(ベースB、と共通線CL間)の電圧、v1□はトラ
ンジスタQ toのベース・エミッタ間(ベースB2と
共通線CL間)の電圧である。
ここで、トランジスタQ1゜とQ2゜との面積比をnと
すると、一般にベース・エミッタ間の電圧VStとエミ
ッタ電流■、との関係は、となる。但し、 ■S :逆方向飽和電流、 T:絶対温度、 k:ボルツマン定数、 q:電子の電荷量、 である。
従って、トランジスタQ20、Q!。においては、常に
入・出力電圧を同等(Vsz+ ’fvl10 )にす
るように機能するため、トランジスタQ!。のエミッタ
電流1 twoと、トランジスタQ20のエミッタ電流
1に+。との関係は、 rt*o ’in +(1゜ となる。
一方、基準電流[RとトランジスタQ1゜側の各電流■
。。、■20+  ’121 との関係は、I R= 
Ic+e + I ito +Ls+= 1 ++o 
+I 11 となり、また、出力電流IOと基準電流IRとの関係、
すなわち、電流比!○/IRは、10=Ic20 となり、差動対トランジスタQ 311  Q 3tの
バラツキを無視すれば負帰還構成の差動増幅器DAでは
より、 となる。但しhraはTS電流増幅率あり、またトラン
ジスタQ31 のベース電流■。、と、トランジスタQ
20のベース電流■□。とはI a31(l Ill。
とする。
以上の関係から、エミッタ面積比や電流増幅率り20の
大小に左右されることなく、基準電流IRと出力電流I
Oとの間の所望の電流比10/IRを保持することがで
きる。
さらに、トランジスタQ1゜に基準電流IRを供給する
電源電圧VCCは定電流Hccの内部降下(0,3(V
)程度)と、トランジスタQ1゜のベース・エミッタ間
の電圧■。、  (0,7(V)程度)との和、すなわ
ち1.0  [V]程度まで引き下げることができる。
第3図は、本発明の第2の実施例に係るカレントミラー
回路の構成図を示している。
図において、第1の実施例と異なるのは、第2の実施例
では負荷回路RCへ出力電流■0を流れ込むカレントミ
ラー回路を構成するものである。
従って、第1の実施例のnpn型の構成トランジスタは
、第2の実施例ではpnp型のトランジスタに変更し、
同様に第1の実施例のpnp型の構成トランジスタはn
pn型のトランジスタに変更をする。従って、第1の実
施例の差動増幅器DA等のnpn型の構成トランジスタ
Q1゜。
Q2゜、Q、1及びQ 3 tについては、第2の実施
例ではpnp型のトランジスタQ10、Q10、Q10
&びQ4□に変更し、第1の実施例のp、 n p型の
構成トランジスタQss+Q3<及びQ 3 sについ
ては、第2の実施例ではnpn型のトランジスタQ s
 31 Q a m及びQ4%に変更する。
また、各トランジスタのエミッタ、コレクタ及びベース
の接続方法は、第1の実施例と同様になり、共通線CL
は電源線となる。
これにより、第1の実施例と同様に、基準電流IRと出
力電流IOとの所望の電流比IO/IRは、 となる、但し、hoは電流増幅率とし、また、ベース電
流■□1と、差動増幅器DAのトランジスタQ s+の
ベース電流11141 との関係はI□。
)fma+  とする。
第4図(a)、(b)は、本発明の実施例のカレントミ
ラー回路に係る特性図であり、同図(a)は本発明者ら
の実験結果に基づくエミッタ面積比対電流比10/IR
特性について、従来例と本発明の第1の実施例とを比較
する図を示している。
図において、横軸はエミッタ面積比n、縦軸は電流比1
0/IRを示している。実線Cは従来例の特性を示し、
−点鎖線Aは本発明の特性を示している。なお、その測
定条件は、電流増幅率hemを100とし、トランジス
タQ x +のベース電流■。1と、トランジスタQ 
loのベース電流!20との関係を、■□。>1131
 とした場合のトランジスタQ1゜、Q2゜のエミッタ
面積比nに対する所望の電流比10/IRを測定したも
のである。
特性図からも明らかな様に、本発明の特性りによれば、
エミッタ面積比nと電流比IQ/IRとは、殆ど1:1
になり、従来例の特性Cに比べて、特にエミッタ面積比
nが大きい場合にも直線性を保持している。
同図(b)は同様に電流増幅率hfll対電流比10/
IRの関係を表す特性について、従来例と本発明の第1
の実施例とを比較する図である。
図において、横軸は電流増幅率hf、であり、この場合
カレントミラー回路全体の電流増幅率を示している。ま
た縦軸は電流比10/TRである。
なお測定条件は、エミッタ面積比をn=50とし、ベー
ス電流11.1 とベース電流Ill。との関係を11
31<I□。とじた場合の電流増幅率hlllに対する
所望の電流比10/IRを測定したものである。
特性図からも明らかなように、本発明の特性Fによれば
、従来例の特性已に比べて電流増幅率り20に対して、
電流比[0,/[Rは殆ど一定になる。
このようにして、第1のトランジスタQ + oのベー
スB、と第2のトランジスタQ2゜のベースB2との間
に差動増幅器DAを接続している。
このため、第1のトランジスタQ20のベースB1及び
共通線CL間の電圧Vlt+ と、第2のトランジスタ
Q2゜のベースBt及び共通線CLの電圧V80とが、
例えば負帰還構成された差動増幅器DAにより常に同等
に保持されるので、トランジスタQIOのエミッタ電流
+ !10 と、トランジスタQ2゜のエミッタ電流I
E2゜とはh2゜−n+1.。
となり、これにより基準電流IRと出力電流!0との間
の所望の電流比To/IRと、エミッタ面積比nとの関
係を、 とすることができる。
これにより、従来例のようにエミッタ面積比nや電流増
幅率hfaの大小に左右されることなく基Yt!電流1
rlと、出力電流■0との間の所望の電流比10/IR
を保持すること、かつ第1のトランジスタQ1゜のベー
スB、及び共通CL間の電圧v+iitを従来例に比べ
て1段分とすることが可能となる。
(発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、エミッタ面積比と
1:1に相対する所望の電流比を保持することができ、
また、基準電流を供給するトランジスタの動作電圧を従
来のベース電流補償型に比べて2にすることができる。
このため、カレントミラー回路の低電圧動作範囲を拡大
することができ、これにより回路全体の低電圧化及び様
々な電子回路・集積回路の省電力化を図ることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のカレントミラー回路に係る原理図、 第2図は、本発明の第1の実施例に係るカレントミラー
回路の構成図、 第3図は、本発明の第2の実施例に係るカレントミラー
回路の構成図、 第4図(a)、(b)は、本発明の実施例のカレントミ
ラー回路に係る特性図、 第5図(a)、(b)は、従来例のカレントミラー回路
に係る説明図、 第6図は、従来例のカレントミラー回路に係る問題点を
説明する図である。 (符号の説明) Ql。・・・第1のトランジスタ、 Q2゜・・・第2のトランジスタ、 DA・・・差動増幅器、 CC,CCI 、 CCz・・・定電流源、RC・・・
負荷回路、 TR・・・基準電流、 ]0・・・出力電流、 Q1〜Q−、Q10.Q−、Q□、Q−、Q43゜Q 
4 a +  Q a s・・・npn型のトランジス
タ、Q10、Q10、Q10、Q、4.Q10、Q10
、Q、□。 ・・・pnp型のトランジスタ、 vl!+ +  ■@E! +  ”II!4 +  
781% ”’ベース゛エミッタ間の電圧、 ICI〜[(a、  ICl0 I  Iczo 、 
 Ic++ +  [cz・・・コレクタ電流、 ! +++〜Its、  lB+o 、  l5zo 
 +  Tl131  、 1mar・・・ベース電流
、 IEI〜IEi  +E101 、+E!OI  Ii
++ 、  IE!1・・・エミック電流、 CL・・・共通線、 VCC・・・電源電圧、 vo・・・内部降下、 n・・・エミッタ面積比、 10/IR・・・電流比、 hem・・・電流増幅率、 E10E、・・・エミッタ、 CI、C20・・コレクタ、 A・・・実特性、 B・・・理想特性、 B10B、・・・ベース、 C,E・・・従来例の特性、 D10F・・・本発明の特性。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  コレクタ(C_1)が基準電流(IR)を供給する定
    電流源(CC)に接続され、エミッタ(E_1)が共通
    線(CL)に接続され、かつベース(B_1)がダイオ
    ード接続される第1のトランジスタ(Q_1_0)と、 コレクタ(C_2)が出力電流(IO)を流す負荷回路
    (RC)に接続され、エミッタ(E_2)が共通線(C
    L)に接続される第2のトランジスタ(Q_2_0)と
    、 前記第1のトランジスタ(Q_1_0)のベース(B_
    1)と、第2のトランジスタ(Q_2_0)のベース(
    B_2)との間に接続される差動増幅器(DA)とを具
    備し、 前記差動増幅器(DA)の非反転入力が第1のトランジ
    スタ(Q_1_0)のベース(B_1)に接続され、該
    差動増幅器(DA)の出力及び反転入力が第2のトラン
    ジスタ(Q_2_0)のベース(B_2)に接続され、 前記第1のトランジスタ(Q_1_0)と、第2のトラ
    ンジスタ(Q_2_0)とのエミッタ面積比(n)に対
    する電流比(IO/IR)の出力電流(IO)が、負荷
    回路(RC)に流入、又は流出することを特徴とするカ
    レントミラー回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002330072A (ja) * 2001-04-27 2002-11-15 Rohm Co Ltd 電流加算型dac
JP2004040795A (ja) * 2002-06-28 2004-02-05 Motorola Inc Hbtパワーアンプのためのバイアス制御
KR101158750B1 (ko) * 2010-12-01 2012-06-22 경북대학교 산학협력단 문서분류장치 및 그것의 문서분류방법

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