JPH03268118A - 半導体装置 - 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】 し概要］ 半導体装置に係り、詳しくは例えばＥＣＬ回路等に使用
される定電流源回路を備えた半導体装置に関し、 定電流）・ランジスタの電源動作マージンを広くするこ
とができるとともに、定電流トランジスタの電流増幅率
に依存することなくほぼ所望の定電流出ノＪを得ること
ができる定電流源回路を備えた半導体装置を提供するこ
とを目的とし、エミッタ端子が低電源に接続され、かつ
、定電流を出力する定電流トランジスタと、高電源と低
電源との間に設けられ、高電源及び低電源に基づいて所
定電圧を生成し出力する第１の電圧設定回路部と、前記
第１の電圧設定回路部より出力される所定電圧と低電源
との間に設けられ、前記所定電圧及び低電源に基づいて
前記定電流トランジスタのベース端子に印加する制御電
圧を生成し出力する第２の電圧設定回路部とからなる定
電流源回路を備えた半導体装置において、第２の電圧設
定回路部を、コレクタ端子に抵抗を介して前記所定電圧
が印加され、エミッタ端子が低電源に接続された制御電
圧設定用のトランジスタと、コレクタ端子に前記所定電
圧が印加され、エミッタ端子が前記トランジスタのベー
ス端子に接続され、さらにベース端子が前記トランジス
タのコレクタ端子に接続されたエミッタホロワトランジ
スタとにより構成し、前記トランジスタのベース端子に
前記定電流トランジスタのベース端子を接続して構成し
た。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置に係り、詳しくは例えばＥＣＬ回路
等に使用される定電流源回路を備えた半導体装置に関す
るものである。

半導体装置（以下、単にＩＣという）を製作する際、ウ
ェハ毎又はウェハの部位によってもＩ・ランジスタの電
流増幅率は設計電流増幅率と異なり、ばらついてしまう
。従って、ＩＣ」二に構成される定電流源回路の特性も
ｌ・ランジスタの電流増幅率に依存することとなり、ば
らつきが多かった。そのため、トランジスタの電流増幅
率に依存することなくほぼ所望の定電流出力を得られる
定電流源回路が必要とされている。

［従来の技術］ 従来の定電流源回路の一例を第２図に示す。定電流源回
路１はエミッタ端子が抵抗Ｒ５を介して低電源ＶＥＥを
供給する配線Ｌ２に接続された定電流トランジスタＴ４
と、高電源ＶＣＣを供給する配線Ｌ１と前記配線Ｌ２と
の間に設けられた電圧設定回路部２とからなる。電圧設
定回路部２は、各コレクタ端子が配線Ｌ　］に接続され
たトランジスタＴＩ、Ｔ２と、配線Ｌ　］と両トランジ
スタＴ１゜Ｔ２のベース端子との間に接続された抵抗Ｒ
１と、トランジスタＴ１のエミッタ端子と配線Ｌ２との
間に接続された抵抗Ｒ２と、トランジスタＴ２のエミッ
タ端子と配線し２との間に直列に接続された抵抗Ｒ３，
Ｒ４と、コレクタ及びエミッタ端子がそれぞれ前記抵抗
Ｒ，１と配線Ｌ　２に接続されベース端子が前記抵抗Ｒ
３，Ｒ４間に接続されたトランジスタＴ３とにより構成
されている。

そして、この電圧設定回路部２は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３，
Ｒ４との抵抗比に基づいてトランジスタＴ１及び抵抗Ｒ
２間における接続点すの電圧を設定し、この設定電圧を
制御電圧として定電流トランジスタＴ４のベース端子に
印加し、定電流トランジスタＴ４の電流増幅率が設計電
流増幅率と異なっていてもほぼ所望の定電流出力を得ら
れるようにしている。

即ち、定電流トランジスタＴ４の電流増幅率か設計電流
増幅率よりも小さい場合、定電流トランジスタＴ４に流
れるベース電流は所望の定電流出力を得るために設定し
たベース電流よりも増加するのであるが、このベース電
流の増加分はほとんどトランジスタＴ１を通して流れ、
抵抗Ｒ１の電流増加量はトランジスタＴ１の電流増幅重
分の１゛となる。従って、接続点ａの電圧変動はほとん
どなく、接続点すの電圧もほとんど変動しないため、定
電流トランジスタＴ４よりほぼ所望の定電流が得られる
。逆に、定電流トランジスタＴ４の電流増幅率が設計電
流増幅率よりも大きい場合、定電流トランジスタＴ４に
流れるベース電流は設定したベース電流よりも減少する
のであるが、このベース電流の減少による抵抗Ｒ１の電
流減少量はｌ・ランシスタＴ１の電流増幅重分の１とな
り、やはり、接続点ａ、　　ｂの電圧変動はほとんどな
く、定電流トランジスタＴ４よりほぼ所望の定電流が得
られる。

又、別の定電流源回路として第３図に示すものがある。

この定電流源回路３はエミッタ端子が配線Ｌ２に接続さ
れた定電流トランジスタＴ４と、第２図に示す電圧設定
回路部２と同一の接続構成で各回路素子の定数が異なる
第１の電圧設定回路部４と、定電流トランジスタＴ４と
第１の電圧設定回路部４との間に設けられた第２の電圧
設定回路部５とで構成されている。第１の電圧設定回路
部４は定電流トランジスタＴ４に印加する制御電圧より
も大きな値の所定電圧を接続点ｄに発生させる。第２の
電圧設定回路部５は接続点ｄから延びる配線し３と前記
配線し２との間に直列に前記された抵抗Ｒ５及びダイオ
ードＴ５からなり、配線Ｌ２の電圧に基づいて定電流ト
ランジスタＴ４のベース端子を接続した抵抗Ｒ５及びタ
イオートＴ５間の接続点ｅに、前記定電流トランジスタ
Ｔ４に印加する制御電圧を発生させる。

そして、この定電流源回路３では定電流トランジスタＴ
４のエミッタ端子を低電源ＶＥＥの配線Ｌ２に接続する
ことにより、定電流トランジスタＴ４のコレクタ端子と
高電源ＶＣＣとの間の電位差を大きくして、電源動作マ
ージンを広くするようにしている。

「発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第２図に示す定電流源回路１では、定電
流１〜ランジスタＴ４を抵抗Ｒ５を介して低電源ＶＥＥ
の配線Ｌ２に接続しているので、定電流トランジスタＴ
４のコレクタ端子と高電源■ＣＣとの間の電位差が抵抗
Ｒ５の電圧降下分小さくなり、電源動作マージンが狭く
なるという問題点がある。

又、第３図に示す定電流源回路３では、定電流トランジ
スタＴ４の電流増幅率が設計電流増幅率と異なる場合、
所望の定電流出ノコを得られなくなる。即ち、定電流ト
ランジスタＴ４の電流増幅率か設計電流増幅率よりも小
さい場合、定電流トランジスタＴ４のベース電流が所望
の定電流出力を得るために設定したベース電流よりも増
加し、そのベース電流の増加により抵抗Ｒ５での電圧降
下が設定した値よりも大きくなり、接続点ｅの電圧が下
がる。これにより、ダイオードＴ５の電流が小さ（なり
、ダイオードＴ５のカレントミラー効果によりトランジ
スタＴ４のコレクタ電流が小さくなる。逆に１、定電流
トランジスタＴ４の電流増幅率が設計電流増幅率よりも
大きい場合、定電流トランジスタＴ４のベース電流が所
望の定電流出）Ｊを得るために設定したベース電流より
も減少し、そのベース電流の減少により抵抗Ｒ５での電
圧降下が設定した値よりも小さくなり、接続点ｅの電圧
か上がる。これにより、ダイオードＴ５の電流が大きく
なり、ダイオードＴ５のカレントミラー効果によりトラ
ンジスタＴ４のコレクタ電流が大きくなる。このように
、定電流源回路３では定電流トランジスタＴ４の定電流
出力は電流増幅率に大きく依存するという問題点がある
。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、その目的は定電流トランジスタの電源動作マージ
ンを広くすることができるとともに、定電流トランジス
タの電流増幅率に依存することなくほぼ所望の定電流出
力を得ることができる定電流源回路を備えた半導体装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、エミッタ端子が低電
源ＶＥＲに接続され、かつ、定電流を出力する定電流ト
ランジスタＴ４と、高電源■ＣＣと低電源ＶＥＲとの間
に設けられ、高電源■ＣＣ及び低電源ＶＥＥに基づいて
所定電圧を生成し出力する第１の電圧設定回路部１■と
、前記第１の電圧設定回路部１１より出力される所定電
圧と低電源ＶＥＲとの間に設けられ、前記所定電圧及び
低電源ＶＥＨに基づいて前記定電流トランジスタＴ４の
ベース端子に印加する制御電圧を生成し出力する第２の
電圧設定回路部１２とからなる定電流源回路を備え０ た半導体装置において、第２の電圧設定回路部１２を、
コレクタ端子に抵抗Ｒ６を介して前記所定電圧が印加さ
れ、エミッタ端子が低電源ＶＥＥに接続された制御電圧
設定用のトランジスタＴ７と、コレクタ端子に前記所定
電圧が印加され、エミッタ端子が前記トランジスタＴ７
のベース端子に接続され、さらにベース端子が前記トラ
ンジスタＴ７のコレクタ端子に接続されたエミッタホロ
ワトランジスタＴ８とにより構成し、前記トランジスタ
Ｔ７のベース端子に前記定電流トランジスタＴ４のベー
ス端子を接続した。

［作用］ 定電流トランジスタＴ４の電流増幅率が設計電流増幅率
よりも小さい場合、定電流トランジスタＴ４のベース電
流が所望の定電流出力を得るために設定したベース電流
よりも増加するが、このベース電流の増加分はほとんど
エミッタホロワトランジスタＴ８を通して流れ、抵抗Ｒ
６の電流増加量はエミッタホロワトランジスタＴ８の電
流増幅重分の１となる。

従って、抵抗Ｒ６の電圧降下に変動はほとんどなく、ト
ランジスタＴ７により設定された制御電圧もほとんど変
動しないため、定電流トランジスタＴ４よりほぼ所望の
定電流が得られる。

逆に、定電流トランジスタＴ４の電流増幅率が設計電流
増幅率よりも大きい場合、定電流トランジスタＴ４に流
れるベース電流は設定したベース電流よりも減少するが
、このベース電流の減少による抵抗Ｒ１の電流減少量は
エミッタホロワトランジスタＴ８の電流増幅重分の１と
なり、やはり、抵抗Ｒ６の電圧降下に変動はほとんどな
く、トランジスタＴ７により設定された制御電圧もほと
んど変動しないため、定電流トランジスタＴ４よりほぼ
所望の定電流が得られる。即ち、定電流トランジスタＴ
４の電流増幅率に依存することなくほぼ所望の定電流出
力が得られる。

又、制御電圧設定用のトランジスタＴ７はコレクタ端子
を抵抗Ｒ６を介して第１の電圧設定回路部１１より出力
される所定電圧に接続し、エミッ１ ２ タホロワトランジスタＴ８はベース端子及びエミッタ端
子をトランジスタＴ７のコレクタ端子及びベース端子に
それぞれ接続していることにより、トランジスタＴ７は
その入力に基づいてエミッタホロワトランジスタＴ８の
ベース端子への入力に負帰還をかけ、エミッタホロワト
ランジスタＴ８はその入力に基づいてトランジスタＴ７
のベース端子への入力に正帰還をかける。このトランジ
スタＴ７による負帰還動作及びエミッタホロワトランジ
スタＴ８による正帰還動作により、トランジスタＴ７の
ベース端子の電圧は設定値に維持される。

さらに、定電流トランジスタＴ４のエミッタ端子を低電
源ＶＥＥに接続しているので、定電流トランジスタＴ４
のコレクタ端子と高電源ｖＣＣとの間の電位差が大きく
なり、電源動作マージンが広くなる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を第１図に従って説
明する。

尚、説明の便宜上、第２，３図と同様の構成については
同一の符号を付して説明を一部省略する。

定電流源回路１０の定電流トランジスタＴ７のエミッタ
端子は配線し２に接続され、コレクタ端子はＥＣＬ回路
等の負荷に接続される。

第１の電圧設定回路部１１はトランジスタＴ３と配線し
２との間にダイオードＤ１を設け、抵抗Ｒ４に代えてト
ランジスタＴ６とし、そのベース端子をトランジスタＴ
３のエミッタ端子に接続した点において第３図に示す第
１の電圧設定回路部４と構成が異なるとともに、各回路
素子の定数が異なっている。そして、第１の電圧設定回
路部１１は各トランジスタＴ３．Ｔ６のベース・エミッ
タ間電圧と抵抗Ｒ３の分担電圧に基づいて、定電流トラ
ンジスタＴ４に印加する制御電圧よりも大きな値の所定
電圧を接続点ｇに発生させる。

第２の電圧設定回路部１２は接続点ｇから延びる配線Ｌ
３に接続された抵抗Ｒ６と、コレクタ端子が抵抗Ｒ６に
接続されエミッタ端子が配線Ｌ２３ ４ に接続された制御電圧設定用のトランジスタＴ７と、コ
レクタ端子が前記配線し３に接続されエミッタ端子が前
記トランジスタＴ７のベース端子に接続され、さらにベ
ース端子が前記トランジスタＴ７のコレクタ端子に接続
されたエミッタホロワトランジスタＴ８と、前記トラン
ジスタＴ７のベース端子と配線Ｌ２七の間に接続された
ダイオードＤ２とから構成されている。トランジスタＴ
７のベース端子には前記定電流トランジスタＴ４のベー
ス端子が接続されている。

そして、制御電圧設定用のトランジスタＴ７は配線Ｌ２
の電圧に基づいて定電流トランジスタＴ４のベース端子
に印加する制御電圧を発生させ、両トランジスタＴ７．
Ｔ８の作用によりその制御電圧を設定値に安定的に維持
させる。即ち、トランジスタＴ７はそのベース端子への
入力に基づき、抵抗Ｒ６と協働してエミッタホロワトラ
ンジスタＴ８のベース端子への入力に負帰還をかける。

方、エミッタホロワトランジスタＴ８はその入力に基づ
いてトランジスタＴ７のベース端子への入力に正帰還を
かける。このトランジスタＴ７による負帰還動作及びエ
ミッタホロワトランジスタＴ８による正帰還動作により
、トランジスタＴ７のベース端子の電圧は設定値に維持
される。尚、ダイオードＤ２は微小電流を流して、エミ
ッタホロワトランジスタＴ８の動作を安定させる。

さて、上記のように構成された定電流源回路１０におい
て、例えば定電流トランジスタＴ４の電流増幅率が設計
電流増幅率よりも小さいとすると、定電流トランジスタ
Ｔ４のベース電流が所望の定電流出力を得るために設定
したベース電流よりも増加する。このベース電流の増加
分はほとんどエミッタホロワトランジスタＴ８を通して
流れ、抵抗Ｒ６の電流増加量はエミッタホロワトランジ
スタＴ８の電流増幅率分の１となる。従って、抵抗Ｒ６
の電圧降下に変動はほとんどなく、接続点りの電圧はほ
とんど変動せず、トランジスタＴ７により設定された接
続点ｉの制御電圧もほとんど変動しないため、定電流ト
ランジスタＴ４よりほぼ所望の定電流を得ることができ
る。

５ ６ 逆に、定電流トランジスタＴ４の電流増幅率が設計電流
増幅率よりも大きい場合、定電流トランジスタＴ４に流
れるベース電流は設定したベース電流よりも減少する。

このベース電流の減少による抵抗Ｒ１の電流減少量はエ
ミッタホロワトランジスタＴ８の電流増幅率分の１とな
る。従って、この場合にも、抵抗Ｒ６の電圧降下に変動
はほとんどなく、接続点りの電圧はほとんど変動せず、
トランジスタＴ７により設定された接続点ｉの制御電圧
もほとんど変動しないため、定電流トランジスタＴ４よ
りほぼ所望の定電流を得ることができる。

即ち、本実施例によれば、定電流トランジスタＴ４の電
流増幅率に依存することなくほぼ所望の定電流出力を得
ることができる。

さらに、定電流ｌ・ランジスタＴ４のエミッタ端子を低
電源ＶＥＥの配線Ｌ２に接続しているので、定電流トラ
ンジスタＴ４のコレクタ端子と高電源ＶＣＣとの間の電
位差を大きくでき、電源動作マージンを広くすることが
できる。

尚、本実施例では第２の電圧設定回路部１２にダイオー
ドＤ２を設けたが、若干の電流を流せるものであればよ
く、抵抗素子で代用してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば定電流トランジス
タの電源動作マージンを広くすることができるとともに
、定電流トランジスタの電流増幅率に依存することなく
ほぼ所望の定電流出力を得ることができる定電流源回路
とすることができる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した定電流源回路の一実施例を
示す電気回路図、 第２図は従来の定電流源回路を示す電気回路図、第３図
は従来の定電流源回路を示す電気回路図である。 図において、 ７ ８ １１は第１の電圧設定回路部、 １２は第２の電圧設定回路部、 Ｒ６は第２の電圧設定回路部を構成する抵抗、Ｔ４ま定
電流トランジスタ、 Ｔ７よ第２の電圧設定回路部を構成する制御電圧設定用
のトランジスタ、 Ｔ８は第２の電圧設定回路部を構成するエミッタホロワ
トランジスタ、 ＶＣＣは高電源、 ＶＥＲは低電源である。 第１図 本発明を具＃化した定電流源回路の 実施＠を示寸電気回路図 特開平 ２６８１１８（７） 第２図 従来の定電流源回路を示す電気回路図 第３図 従来の定電流源回路を示す電気回路図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エミッタ端子が低電源（ＶＥＥ）に接続され、かつ、定
   電流を出力する定電流トランジスタ（Ｔ４）と、 高電源（ＶＣＣ）と低電源（ＶＥＥ）との間に設けられ
   、高電源（ＶＣＣ）及び低電源（ＶＥＥ）に基づいて所
   定電圧を生成し出力する第１の電圧設定回路部（１１）
   と、 前記第１の電圧設定回路部（１１）より出力される所定
   電圧と低電源（ＶＥＥ）との間に設けられ、前記所定電
   圧及び低電源（ＶＥＥ）に基づいて前記定電流トランジ
   スタ（Ｔ４）のベース端子に印加する制御電圧を生成し
   出力する第２の電圧設定回路部（１２）と からなる定電流源回路を備えた半導体装置において、 第２の電圧設定回路部（１２）を、 コレクタ端子に抵抗（Ｒ６）を介して前記所定電圧が印
   加され、エミッタ端子が低電源（ＶＥＥ）に接続された
   制御電圧設定用のトランジスタ（Ｔ７）と、 コレクタ端子に前記所定電圧が印加され、エミッタ端子
   が前記トランジスタ（Ｔ７）のベース端子に接続され、
   さらにベース端子が前記トランジスタ（Ｔ７）のコレク
   タ端子に接続されたエミッタホロワトランジスタ（Ｔ８
   ）と により構成し、前記トランジスタ（Ｔ７）のベース端子
   に前記定電流トランジスタ（Ｔ４）のベース端子を接続
   したことを特徴とする半導体装置。