JPH0360504A - 定電流回路 - 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ＰＮＰ　トランジスタのカレントミラー対を使
用した定電流回路に関し、特に、高集積化に好適の定電
流回路に関する。

［従来の技術］ 従来からカレントミラ一対で構成された定電流回路とし
て第３図に示す回路が知られている。

第３図に示すように、ＰＮＰトランジスタ４及びＴＩは
電源３にそのエミッタが共通に接続され、そのベース電
極が相互に接続されたものとなっている。ＰＮＰ　トラ
ンジスタ４は、そのベースとコレクタとが短絡されてお
り、そのコレクタと電源３（負側）との間には抵抗６が
設けられている。

また、ＰＮＰトランジスタＴ１のコレクタと電源３（負
側）との間には電流計Ａ１が設けられている。

このように構成された定電流回路においては、ＰＮＰト
ランジスタ４のコレクタ電流が抵抗６の抵抗値により決
定される。また、ＰＮＰトランジスタ４とＰＮＰトラン
ジスタＴ、とがカレントミラ一対を構成しているため、
ＰＮＰトランジスタ４及びＰＮＰ　トランジスタＴ１の
形状が同一で、且つそのエミッタ面積が等しい場合には
、ＰＮＰトランジスタＴｔにＰＮＰ　トランジスタ４の
コレクタ電流と等しい電流が流れる。また、ＰＮＰトラ
ンジスタＴ１のエミッタ面積がＰＮＰトランジスタ４の
エミッタ面積の２倍又は３倍となれば、ＰＮＰ　Ｉ−ラ
ンジスタＴ１のコレクタ電流も２倍又は３倍となる。即
ち、ＰＮＰトランジスタ４のコレクタ電流が基準電流と
なり、そのベースがＰＮＰトランジスタ４のベースに接
続され、カレントミラ一対を形成する少なくとも１個以
上のＰＮＰトランジスタのエミッタ面積とＰＮＰトラン
ジスタ４のエミッタ面積とに比例したコレクタ電流が各
トランジスタに流れる。これにより、基準電流値に対し
て所定の実数比（例えば、　ｌ対２又は　！対０．５）
の電流値を有する定電流回路が構成される。

第４図は前述の従来の定電流回路を更に改良した従来の
別の定電流回路の回路図である。

第４図に示すように、ＰＮＰトランジスタＴ２乃至Ｔｎ
は、ＰＮＰトランジスタＴ、と同様に、ＰＮＰ　トラン
ジスタ４とカレントミラ一対を形成しており、そのドレ
インと電源間には電流計Ａ２乃至Ａイが夫々設けられて
いる。また、ＰＮＰトランジスタ５は、そのエミッタが
ＰＮＰトランジスタ４のベースに接続され、そのベース
がＰＮＰトランジスタ４のエミッタに接続され、そのコ
レクタが電源３（負側）に接続されている。

従って、ＰＮＰトランジスタ５の電流増幅率（ｈ　ｐｇ
）をｈ　Ｆ１１６とすると、抵抗６に流れ込む前記カレ
ントミラ一対のベース電流は、第３図の回路に比して、
１／ｈ□５に低減される。これにより、回路の集積化に
伴ってＰＮＰ　トランジスタ４及びＴ１乃至Ｔ、ｌのベ
ース電流が増加することによって、ＰＮＰトランジスタ
４の基準電流に対して所定の比で設定されたＰＮＰ　ト
ランジスタＴ＋乃至Ｔ０のコレクタ電流に誤差が発生す
ることを防止している。

なお、このような定電流回路を構成するＰＮＰトランジ
スタには、−殻内に、横型ＰＮＰ　トランジスタ（Ｌ−
ＰＮＰ　トランジスタ）が使用されている。Ｌ−ＰＮＰ
　トランジスタは、ＮＰＮトランジスタ及び抵抗器を基
板上に集積する製造プロセスにおいて、その同一基板上
に容易に集積することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の定電流回路においては、基準電流と定電
流回路の電流との比が大きくなると、抵抗８へ流れ込む
ＰＮＰトランジスタ５のベース電流が大きくなるため、
設定した基準電流と定電流回路の電流との比に誤差が発
生する傾向がある。

そして、この傾向は使用されるＰＮＰ　トランジスタの
ｈｐｕが低下するほど顕著に現われる。

しかしながら、定電流回路に使用されるＬ−ＰＮＰトラ
ンジスタは、集積化においては優れているものの、その
ｈ□が低く、製造条件の変動によりｈｐｇがＩＯ以下に
なる場合がある。また、Ｌ−ＰＮＰトランジスタはベー
ス電流に対する線形性が悪い。このため、基準電流に対
する定電流回路の所定の電流比を維持することができな
いという問題点がある。

また、ｈＦ！＋の低下による電流比の変動を抑制するた
めに、定電流回路に縦型ＰＮＰトランジスタ（Ｖ−ＰＮ
Ｐ　トランジスタ）を使用することが考えられる。Ｖ−
ＰＮＰ　トランジスタは、ＮＰＮトランジスタと同様に
、Ｌ−ＰＮＰトランジスタの約１０倍のｈＦＥ及び優れ
た周波数特性を有する。

しかし、Ｖ−ＰＮＰ　トランジスタは、その拡散工程が
複雑であるため、半導体基板上に集積化する場合に、複
雑且つ工程数が多い製造プロセスを選択せざるを得ない
という問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
基準電流に対するＰＮＰ　トランジスタのベース電流の
影響を抑制して、安定した電流を供給することができ、
しかも簡単な製造プロセスによって製造することができ
る定電流回路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］ 本発明に係る定電流回路は、そのエミッタが正電源に接
続された第１のＰＮＰ　トランジスタと、この第１のＰ
ＮＰ　トランジスタのコレクタと負電源との間に接続さ
れ、そのコレクタ電流を決定する手段と、そのエミッタ
が前記正電源に接続され、そのベースが前記第１のＰＮ
Ｐ　トランジスタのベースに接続され、そのコレクタか
ら定電流を供給する少なくとも１つの第２のＰＮＰ　ト
ランジスタと、そのエミッタが前記第１のＰＮＰトラン
ジスタのベースに接続され、そのベースが前記第１のＰ
ＮＰ　トランジスタのコレクタに接続された第３のＰＮ
Ｐ　トランジスタと、そのベースが前記第３のＰＮＰ　
トランジスタのコレクタに接続され、そのコレクタが前
記第１のＰＮＰ　トランジスタのベースに接続され、そ
のエミッタが前記負電源に接続されたＮＰＮトランジス
タとを有することを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、定電流回路を構成するＰＮＰトラン
ジスタのカレントミラ一対のベース電流がＮＰＮトラン
ジスタのコレクタ・エミッタ電流路を介して負電源に接
続されている。このため、製造工程においてＰＮＰ　ト
ランジスタのｈＦｇが低下しても、前記ＮＰＮトランジ
スタを介してカレン）１ラ一対のベース電流の大部分が
負電源に流れるので、基準電流にカレントミラ一対のベ
ース電流が流入することを抑制できる。従って、定電流
回路は電流値の誤差が抑制され、安定した電流を供給す
ることができる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る定電流回路を示す
回路図である。なお、第１図において、第４図と同一物
については同一符号を付してその詳細な説明を省略する
。

第１図に示すように、ＰＮＰトランジスタ４とＰＮＰト
ランジスタＴＩ乃至Ｔイとによりカレントミラ一対が構
成されている。ＰＮＰトランジスタ５は、そのエミッタ
がＰＮＰ　トランジスタ４のベースに接続され、そのベ
ースがＰＮＰ　トランジスタ４のコレクタに接続されて
いる。ＮＰＮトランジスタ７は、そのコレクタがＰＮＰ
　トランジスタ４のベースに接続され、そのエミッタが
電源３（負側）に接続され、そのベースがＰＮＰ　トラ
ンジスタ５のコレクタに接続されている。

このように構成された定電流回路においては、ＰＮＰ　
トランジスタ４は、抵抗６の抵抗値に応じた基準電流を
発生させ、ＰＮＰトランジスタＴ１乃至Ｔｆｌにこの基
準電流に対して適宜の電流比に設定された電流を供給す
る。また、ＰＮＰトランジスタ５とＮＰＮ　トランジス
タフとはインバーテツドダーリントン接続されたトラン
ジスタ対を構成し、ＰＮＰトランジスタ４及びＰＮＰト
ランジスタＴ、乃至Ｔイの電流源のベース電流を供給し
ている。

また、ＰＮＰトランジスタ４及びＴ１乃至Ｔ９のベース
電流の総和工ΣはＮＰＮトランジスタフのコレクタ電流
Ｉ。７とＰＮＰ　トランジスタ５のエミッタ電流Ｉ［１
５との和に等しく、下記（１）式にて表される。

工Σ＝工。？＋ＩＩＥ５　　　　　　　　　　・・・（
１）ＮＰＮトランジスタフ及びＰＮＰ　トランジスタ５
のｈｐＦ＆を夫々ｈ　ＦＩＩＮ及びｈ　ｐＦｌｐとする
と、ＰＮＰトランジスタ５のベース電流ＩＢ５は下記（
２）式にて表される。

ｈｐｇｐ　　＠ｈｐｕＮ ここで、ＰＮＰトランジスタ４のコレクタ電流をＩＯＡ
とし、ベース・エミッタ間の順方向電圧をＶＢ！、４と
し、ＰＮＰトランジスタ５のベース・エミッタ間の順方
向電圧をｖ８゜うとし、電源３の電圧をＶ３とし、抵抗
６の抵抗値をＲ６とすると、下記（３）式が得られる。

Ｖ３　＝ＶＢＩ１４　＋Ｒｅ　　（Ｉ　ｃ４＋　Ｉ　ｎ
＋１）　＋ＶＢＥ６・・・（３） この（３）式からＩ０４について解くと、Ｉ０４は下記
（４）式にて表される。

Ｉ　０４＝　（Ｖ　３−　Ｖ　ＢＩ３−　Ｖ　ＢＨ３−
Ｒｅ　　・　Ｉ　ａｓ）　／　Ｒｅ ・・・　（４） 更に、ＰＮＰトランジスタ４，５のベース・エミッタ間
の順方向電圧ＶＢ＋！４　＋　ＶａｔｓをＶ８１Ｅ４→
ｖＢＩＩ＋５＝ＶＢ８Ｐトシテ、前記（４）式に前記（
２）式を代入すると、工。４は下記（５）式にて表され
る。

Ｉ　Ｃ４＝　（Ｖ３−２Ｖａｇｐ　）　／　Ｒｅ工Σ ｈｐｇｐ　０ｈｐａＮ＋ｈｙｔｐ　＋　１・・・　（６
） また、同様にして、第４図に示す従来の定電流回路にお
けるトランジスタ５のベース電流より５及び工。４は下
記（６）式及び（７）式にて表される。

ＩＢＳ＝ＩΣ／（ｈオ、＋ｌ）　　　　・・・（６）Ｉ
　ｃａ＝　（Ｖ３−２　Ｖａｍｐ　）　／　Ｒｅ−ＩΣ
／　（ｈｐｌ！ｐ　＋　１）　　　・・・（７）このよ
うにして得られた本実施例におけるＩＣ４を示す（５）
式及び従来例におけるＩ　０４を示す（７）式を夫々ｈ
ｐｌ＋について微分すると下記（８）式及び（９）式が
得られる。

θｈＦｌｌｐ　　　（（ｈｐＩ！ｓ　＋　１　）　　ｈ
目ｐ＋ｉ）２・・・　（８） 前記（８）式及び（９）式はＰＮＰ　トランジスタのｈ
ｏｇの変化がＩＣ’４に対して及ぼす影響の度合いを示
している。

ここで、ｈｙｍｎ　＞　１とすると、前記（８）式は下
記（１０）式のように整理することができる。

（８）式→ＩΣ／　（（ｈｐｌ！ｓ　＋１）ｈｐ肝２十
２ｈＦＩＩＰ）　　・・・（１０） また、ｈＦ□）１であり、且つｈｐ□〉ｈ□２〉１であ
るから、（ｈｐａ、４＋１　）　ｈｐｇｐ　”　＋２　
ｈｐｇｐ　＞　（ｈＦｇｐ　＋　１　）　２であり、（
７）式く（８）式が常に成り立つ。即ち、本実施例に係
る定電流回路は、従来の定電流回路と比してＩｃ４に対
するｈＦＩｌの影響が極めて小さい。

次に、前記（５）式及び（７）式に基づいて、本実施例
及び従来例に係る定電流回路のＩＣ４を求めた。但し、
工Σ”　３００μＡｓ　ＶＢ！！Ｐ　＝０．７５Ｖ％Ｖ
３　＝　５ｖ１ｈｐｇＮ＝　　１００、Ｒｅ　：ｌＯｋ
Ωとした。

先ず、ｈｐａｐ　＝５０である場合には、本実施例にお
いては、Ｉ０４が約３５０μＡであったのに対し、従来
例においては、Ｉ０４が約３４４μＡであった。

次に、ｂ＋ｙｇｐ　＝ｔｏである場合には、本実施例に
おいては、ＩＣ４が約３５０μＡであったのに対し、従
来例においては、Ｉ０４が約３２２μＡであった。

このように本実施例に係る定電流回路は、製造工程にお
いてＰＮＰトランジスタのｈｐｇが低下しても、従来の
定電流回路と比して工。４に対するｈａｌｌの影響が小
さいため、所定の電流比に設定された電流を安定して供
給することができる。

第２図は本発明の第２の実施例に係る定電流回路を示す
回路図である、第２の実施例は定電流回路を構成するＰ
ＮＰ　トランジスタのエミッタに抵抗が挿入されている
点が第１の実施例と異なるので、第１図と同一物には同
一符号を付してその詳細な説明を省略する。

第２図に示すように、ＰＮＰトランジスタ４及びＴ、乃
至Ｔｆｌのエミッタと電源３（正側）との間には夫々抵
抗１１及びＲ１乃至Ｒ，、が接続されている。また、Ｐ
ＮＰトランジスタ４のコレクタ及びＮＰＮトランジスタ
フのエミッタと電源３（負側）との間には夫々抵抗６及
び１３が接続されている。そして、ＮＰＮトランジスタ
７のベースと電源３（負側）との間にはコンデンサ１２
が接続されている。

このように構成された定電流回路においては、抵抗１１
及びＲ１乃至Ｒｎは基準電流を決定するために設けられ
ている。また、コンデンサ１２は回路の発振防止に寄与
しており、抵抗１３は耐圧を上げるために設けられてい
る。このため、例えば電流計Ａ、に流れる電流ＩＡ１は
下記（１１）式にて表される。

即ち、この回路では、Ｒ−／　ＲＲ−の項によって回路
の電流値を決定することができる。

従って、本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果
が得られると共に、ＰＮＰトランジスタ４及びＴ、乃至
Ｔｆｌのエミツタ面積比のみならず、このエミッタに挿
入された抵抗１１及びＲ□乃至Ｒ９の抵抗比によってコ
レクタの電流値を変えることが可能であるため、回路設
計においてその自由度が向上する。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、回路の集積化に伴
って定電流回路を構成するＰＮＰ　トランジスタのカレ
ントミラ一対のベース電流が増加した場合でも、このベ
ース電流が基準電流に流入することを抑制することがで
きる。また、回路の集積化による複雑な製造工程におい
て、ＰＮＰトランジスタのｈ　ｐｇｐが低下した場合に
、従来の定電流回路と比してＩＣ４に対するｈｐｇの影
響が小さいため、基準電流の変動を抑制することができ
る。

従って、所定の電流比に設定された電流を安定して供給
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る定電流回路を示す
回路図、第２図は本発明の第２の実施例に係る定電流回
路を示す回路図、第３図は従来の定電流回路を示す回路
図、第４図は集積化された従来の他の定電流回路を示す
回路図である。 ３；電源、４．５．Ｔｓ　〜Ｔ、；　ＰＮＰ　トランジ
スタ、８．１１，１３．Ｒ１〜Ｒｎ；抵抗、７；　ＮＰ
Ｎトランジスタ、１２；コンデンサ、ＡＩ〜Ａｆｌ；電
流計

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）そのエミッタが正電源に接続された第１のＰＮＰ
   トランジスタと、この第１のＰＮＰトランジスタのコレ
   クタと負電源との間に接続され、そのコレクタ電流を決
   定する手段と、そのエミッタが前記正電源に接続され、
   そのベースが前記第１のＰＮＰトランジスタのベースに
   接続され、そのコレクタから定電流を供給する少なくと
   も１つの第２のＰＮＰトランジスタと、そのエミッタが
   前記第１のＰＮＰトランジスタのベースに接続され、そ
   のベースが前記第１のＰＮＰトランジスタのコレクタに
   接続された第３のＰＮＰトランジスタと、そのベースが
   前記第３のＰＮＰトランジスタのコレクタに接続され、
   そのコレクタが前記第１のＰＮＰトランジスタのベース
   に接続され、そのエミッタが前記負電源に接続されたＮ
   ＰＮトランジスタとを有することを特徴とする定電流回
   路。