JPH0420207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２端子形定電流回路に係り、特に電源
電圧に影響されず、高精度とするのに好適な構成
の２端子形定電流回路に関するものである。

従来の定電流回路は、第１図に示すように、基
準電圧発生部１、誤差増幅器２、電流増幅器３お
よび基準抵抗器４より構成してあつて、基準電圧
発生部１で発生した基準電圧と基準抵抗器４での
電圧降下が等しくなるように誤差増幅部２で電流
増幅部３を制御し、負荷５に流れる電流を一定に
するようにしてある。

しかし、第１図に示す構成の定電流回路は、高
精度であるが、直流電源６の電圧が変動すると、
自己消費電流が変動するとともに、低い電源電圧
では動作しにくいという欠点を有する。また、負
荷５の一方の端子は直流電源６の正側に接続する
必要があり、負荷５の他方の端子を直流電源６の
負側に共通接続することができないという問題が
ある。

第２図は従来の２端子構成の定電流回路の原理
回路図で、第２図では接合形電界効果トランジス
タ７を用いた構成としてあるが、精度が得にくい
という欠点がある。なお、５は負荷、６は直流電
源である。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、電源電圧や温度の変動に影響
されず高精度のものとすることができる２端子形
定電流回路を提供することにある。

本発明の特徴を、内容の理解を容易にするた
め、第４図の本発明の一実施例に用いる符号を引
用して説明する。

すなわち本発明は、基準抵抗器４と、基準電圧
発生部１と、電流増幅部３と、基準電圧発生部１
で発生した基準電圧と基準抵抗器４での電圧降下
が等しくなるように電流増幅部３を制御する誤差
増幅部２とを備えた２端子形定電流回路におい
て、 直流電源６の端子間に基準抵抗器４と、電流比
例分配機能を有する第１のカレントミラー回路９
と、電流増幅部３の出力段とを直列に接続すると
共に、 直流電源６の正側端子に基準電圧発生部１の一
端と、基準抵抗器４の一端と、第１のカレントミ
ラー回路９に従属して比例分配動作を行なう第２
のカレントミラー回路１１とを共通接続し、 一方、基準電圧発生部１の他端を第１カレント
ミラー回路９と接続して、基準電圧発生部１に供
給される動作電流を基準抵抗器４に流れる電流に
比例させ、また、第２のカレントミラー回路１１
における電流分配素子の一つＱ１１１を電流増幅
部３と接続し、もう一つＱ２１を誤差増幅部２に
接続して、誤差増幅部２及び電流増幅部３に供給
される動作電流を第２のカレントミラー回路１１
を介して間接的に基準抵抗器４に流れる電流に比
例させる回路構成とした点にある。

このような構成によりなれば、基準抵抗器４に
第１のカレントミラー回路９及び電流増幅器３を
介して電流（基準電流Is）が流れる。また、基準
電圧発生部１も第１のカレントミラー回路９の該
当の電流分配素子に接続されているので、基準電
圧発生部１に供給される動作電流I_R（第４図では、
分配素子Ｑ９３及びＱ９４に流れる電流がこれに
相当する）が基準抵抗器４に流れる電流Isとミラ
ー関係をもたせることが可能となり、その結果、
この動作電流I_Rが基準電流Isに比例する。

また、第２のカレントミラー回路１１は、第１
のカレントミラー回路９に従属して動作する。そ
して、この第２のカレントミラー回路１１の電流
分配素子Ｑ１１１及びＱ２１を介して、電流増幅
部３及び誤差増幅部２のそれぞれに動作電流Ｉ１
１１及びI_Aが供給される。これらの動作電流Ｉ１
１１及びI_Aは、第２のカレントミラー回路１１を
第１のカレントミラー回路９に従属させること
で、基準抵抗器４に流れる電流Isに対して間接的
に比例（ミラー）関係をもたせることができる。

なお、電流増幅部３及び誤差増幅部２に供給さ
れる電流を第２のカレントミラー回路１１を用い
て供給させたのは、回路構成上において円滑な動
作を保証するためである。

ここで、上記のように定電流回路の各構成要素
に流れる電流を基準抵抗器４に流れる電流Isと比
例関係をもたせて分配した場合の利点について第
３図及び第５図により説明する。

その前にまず従来の問題点を第１図を参照しつ
つ述べる。

ここに、第１図を２端子構成とする場合、基準
電圧発生部１や誤差増幅部２などの消費電力が直
流電源６の電圧や温度によつて変動することが障
害となる。ところで、単に基準電圧発生部１や誤
差増幅部２を流れる電流を定電流化しようとする
と、別に基準電圧部を設けなければならず、さら
にその消費電流を定電流制御することが必要とな
り、回路が非常に複雑になる。また、基準電圧発
生部１で発生する一定の基準電圧を用いて基準電
圧発生部１などの消費電流を一定にしようとする
と、電源電圧投入時に起動しないという問題を生
ずる。すなわち、電源投入時点では、基準電圧は
当然0Vであるから、基準電圧に比例して流れる
基準電圧発生部１の電流も零であり、基準電圧が
0Vにとどまつたままとなり起動しない。この場
合、基準電圧発生部１を流れる電流の定電流回路
に並列抵抗を付加するようにすれば起動可能とな
るが、このようにすると、電源電圧の変動ととも
に並列抵抗を流れる電流が変化し、高精度化をは
かることができなくなる。そこで、本発明におい
ては、上記したように、電流分配部（カレントミ
ラー回路）を設けて基準抵抗器以外の各部回路に
流れる電流を上記基準抵抗器を流れる電流値に比
例するように定める構成として、高精度の２端子
形定電流回路とした。

第３図は本発明の２端子形定電流回路の基本原
理を示すブロツク図である。第３図において、６
は電流電源、５は負荷、８は２端子形定電流回路
で、これは、基準電圧発生部１、誤差増幅器２、
電流増幅部３、基準抵抗器４、電流分配部９（第
３図では、前述の第１、第２のカレントミラー回
路を統一して電流分配部９としている）および起
動抵抗器１０から構成してあり、直流電源６に対
して負荷５と直列に接続してある。

電流分配部９は、基準電圧発生部１を流れる電
流I_Rと誤差増幅部２を流れる電流I_Aとを基準抵抗
器４を流れる電流I_Sに比例するように分配する回
路で、上を式で示せば、 I_R＝K_R×I_S ……(1) I_A＝K_A×I_S ……(2) ここに、K_R、K_A；比例常数 となる。なお、全電流をI_Tとすれば、 I_T＝I_S＋I_R＋I_A ……(3) となり、I_Sは基準電圧発生部１で発生する基準電
圧をV_Rとすれば、 I_S×R_S＝V_R ……(4) ここに、R_S；基準抵抗器４の抵抗値 となるように制御されているから、(1)〜(4)より、 I_T＝I_S（１＋K_R＋K_A） ＝V_R／R_S（１＋K_R＋K_A） ……(5) が得られる。ところでV_R、K_A、K_R、R_Sはすべて
定数であるから、全電流I_Tが一定値となり、制御
されない電流路が皆無となり、電源電圧に影響さ
れない２端子定電流回路が得られる。

また、起動時には、起動抵抗器１０を流れる電
流が電流分配部９により分配されるので、起動不
良を起す恐れがない。なお、起動抵抗器１０に流
す電流I_Lは、I_L＜I_Tとなるように制限するが、こ
れは容易に実現できる。

第４図は第３図の具体的回路の一実施例を示す
回路図である。基準電圧発生部１は、集積化に適
した回路構成としてあり、温度補償のためのトラ
ンジスタＱ１１，Ｑ１２、抵抗器Ｒ１３および抵
抗器Ｒ１１，Ｒ１２にかかる電圧が等しくなるよ
うに制御しているシリコントランジスタＱ１３〜
Ｑ１７からなる増幅器などからなつている。これ
は公知の定電圧回路であり、一定の基準電圧V_R
をシリコンのバンドギヤツプ約1.2Vに選ぶと、
V_Rの温度係数が零となる周知の回路構成として
ある。なお、電流は電流分配部（第１のミラー回
路）９のトランジスタＱ９３およびＱ９４のコレ
クタから２経路で供給される。

誤差増幅部２は、トランジスタＱ２１〜Ｑ２５
からなる１段の差動増幅器であり、基準電圧V_R
と基準抵抗器４での電圧降下I_S・R_Sとが等しくな
るように電流増幅部３を制御している。

電流増幅部３は、ダーリントン接続したnpnト
ランジスタＱ３１，Ｑ３２と発振防止のためのコ
ンデンサＣ３とから構成してある。

電流分配部９は、ベースおよびエミツタをそれ
ぞれ共通接続としたトランジスタＱ９１〜Ｑ９４
より構成してあり、各トランジスタＱ９１〜Ｑ９
４のエミツタ面積に比例した電流吸込み源として
動作するカレントミラー回路としてある。基準抵
抗器４を流れる電流I_SはトランジスタＱ９１に流
れ、トランジスタＱ９２〜Ｑ９４のコレクタ電流
はそれぞれI_Sに比例した電流となるようになつて
いる。

第２のカレントミラー回路１１は、トランジス
タＱ９２のコレクタ電流に比例した電流源を得る
ためのもので、トランジスタＱ１１２でトランジ
スタＱ９２のコレクタ電流を検出し、トランジス
タＱ１１１および誤差増幅部２のトランジスタＱ
２１のコレクタ電流をトランジスタＱ９２のコレ
クタ電流に比例させている。なお、第２のカレト
ミラー回路１１のトランジスタＱ２１，Ｑ１１
１，Ｑ１１２は、先に述べた電流分配部９の分配
素子と逆極性のトランジスタを使用している。ま
た、トランジスタＱ１１３，Ｑ１１４はダイオー
ド接続としたトランジスタで、電流増幅部３のト
ランジスタＱ３１のコレクタ電流とトランジスタ
Ｑ１１１のコレクタ電流との差をバイパスする。
逆の表現をすれば、トランジスタＱ１１３，Ｑ１
１４とＱ３１を流れる電流の和がトランジスタＱ
１１２を介してトランジスタＱ９２に流れるコレ
クタ電流に比例するようにしてある。

起動抵抗器１０は、トランジスタＱ３２のコレ
クタ・エミツタ間に接続してある。

次に定常状態における動作について説明する。
基準電圧発生部１で発生した一定の基準電圧V_R
と基準抵抗器４における電圧降下との差を誤差増
幅部２で検出し、その差が零になるように電流増
幅部３を制御する。したがつて、前述の(4)式が成
立する。そして全電流I_Tは、 I_T＝I₉₁＋I₉₂＋I₉₃＋I₉₄＋I₁₁₄ ＋I₃₁＋I₂₂＋I₂₃ ……(6) ここに、I₉₁〜I₉₄、I₁₁₄、I₃₁、I₂₂、I₂₃はそれぞ
れトランジスタＱ９１〜Ｑ９４，Ｑ１１４，Ｑ３
１，Ｑ２２，Ｑ２３のコレクタ電流。

で表わすことができる。ここで、 I₁₁₄＋I₃₁＋I₁₁₁ ……(7) I₂₂＋I₂₃＝I₂₁ ……(8) ここに、I₁₁₁、I₂₁；それぞれトランジスタＱ１
１１，Ｑ２１のコレクタ電流。

であり、トランジスタＱ１１１，Ｑ１１２，Ｑ２
１のカレントミラー効果によりI₁₁₁、I₂₁はI₉₂（ト
ランジスタＱ９２のコレクタ電流）に比例するの
で、 I₁₁₁＝K₁×I₉₂ ……(9) I₂₁＝K₂×I₉₂ ……(10) ここに、K₁、K₂；それぞれ比例常数となる。
したがつて、(6)式は、 I_T＝I₉₁＋I₉₂（１＋K₁＋K₂）＋I₉₃＋I₉₄ ……（11） となり、電流分配部９で全電流I_Tが定まる。

そしてI₉₂〜I₉₄は、トランジスタＱ９１のコレ
クタ電流（＝I_S）に従属して定まるので、I_Sが一
定値になるように制御すれば、I_Tも一定値に制御
される。したがつて、高精度の定電流特性を達成
できる。

また、電流投入時においては、起動抵抗器１０
に直流電源６の電圧V_Sに近い電圧が印加され、I_L
＝I_T＝V_S／R₁₀（R₁₀は起動抵抗器１０の抵抗値）
の電流が流れ、トランジスタＱ９１〜Ｑ９４のコ
レクタにはI_Tに比例した電流が流れるので、各回
路部の電圧が上昇し、直ちに定常状態に入る。し
たがつて、起動不良を起す恐れがない。

さらに、起動抵抗器１０が電流増幅部３に対し
て並列的に接続してあるので、電流増幅部３が起
動時にオフ状態にあつても、起動抵抗器１０を流
れる電流値に比例して他の回路へ電流分配部９よ
り電流が配分される。この結果、各回路部分の電
流バランスが崩れることなく能動状態に入ること
ができる。各回路部分が動作し始めると、起動抵
抗器１０と電流増幅部３を流れる和電流が他の回
路に電流分配部９より再配分されるので、確実な
起動ができる。この理由は、電流分配部９が定常
状態よりも２〜３桁低い電流値においても、電流
値の配分比を保つ回路構成（カレントミラー回
路）となつているからである。なお、確実に起動
させる条件は、最初に起動抵抗器１０を流れる電
流がほぼ比例配分され、電流増幅部３が能動状態
になることであり、起動時には厳密に電流を維持
する必要はない。

さらに、電源電圧が低くとも動作するようにな
つている。すなわち、基準電圧発生部１で発生す
る基準電圧V_Rの値を約1.2Vと低い値に選ぶとと
もに、抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２にかかる電圧が等し
くなるようにトランジスタＱ１１〜Ｑ１７よりな
る増幅器で制御するようにしており、電流供給は
電流分配部９の電流吸込み源から行い、基準電圧
発生部１を差動増幅構成とすることを可能として
おり、また、電流増幅部３は、トランジスタＱ３
１のコレクタとトランジスタＱ３２のコレクタと
を共通接続とせず、ダイオード接続したトランジ
スタＱ１１３，Ｑ１１４によりトランジスタの順
方向電圧２個分だけ高い電圧源から電圧を供給す
るようにしてあり、これらにより第５図に示すよ
うに、約2Vの低い電源電圧から良好な定電流特
性が得られる。そして全電流I_Tの電圧係数は数
ppm／Ｖとすることができる。なお、約2Vとい
つた最小の低電圧動作を必要とせず低電圧動作で
も2V以上でよい場合は、上記トランジスタＱ３
１のコレクタとトランジスタＱ３２のコレクタと
を共通接続してもよい。

また、回路を構成する素子は、第４図に示すよ
うに、トランジスタが大部分であり、しかも、絶
対値を必要とする抵抗器は、基準抵抗器４のみで
あり、集積化に適した構成となつている。

上記したように、本発明の実施例によれば、す
べての電流経路を流れる電流の比が電流分配部９
で定まるので、基準抵抗器４での電圧降下が一定
値になるように制御することにより高精度の定電
流特性をもつものとすることができる。また、起
動抵抗器１０を電流増幅器３に対して並列的に接
続してあるから、起動不良を起す恐れがない。さ
らに、低い電源電圧から定電流特性を得ることが
できる。

それに、２端子構成としてあるから、一定電流
で駆動したい負荷と単に直列接続すればよく、３
端子構成の定電流回路の如く、直流電源の極性を
考慮する必要がなくなる。

なお、起動抵抗器１０を電界効果トランジスタ
に代えてもよく、同一の効果が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、電源電
圧や温度の変動に影響されないので高精度の定電
流特性のものとすることができ、また、低い電源
電圧から定電流特性が得られ、さらに、二端子構
成としてあるから負荷と単に直列接続すればよい
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の３端子形定電流回路のブロツク
図、第２図は従来の接合形電界効果トランジスタ
を用いた２端子形定電流回路の原理回路図、第３
図は本発明の２端子形定電流回路の一実施例を示
すブロツク図、第４図は第３図の具体的回路の一
実施例を示す回路図、第５図は第４図による場合
の電源電圧と全電流との関係線図である。 １……基準電圧発生部、２……誤差増幅部、３
……電流増幅部、４……基準抵抗器、８……２端
子形定電流回路、９……電流分配部（第１のカレ
ントミラー回路）、１０……起動抵抗器、１１…
…第２のカレントミラー回路、Ｒ１１，Ｒ１２…
…抵抗器、Ｑ１１〜Ｑ１７，Ｑ２１〜Ｑ２５，Ｑ
３１，Ｑ３２，Ｑ９１〜Ｑ９４，Ｑ１１１〜Ｑ１
１４……トランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基準抵抗器と、基準電圧発生部と、電流増幅
   部と、前記基準電圧発生部で発生した基準電圧と
   前記基準抵抗器での電圧降下が等しくなるように
   前記電流増幅部を制御する誤差増幅部とを備えた
   ２端子形定電流回路において、 直流電源の端子間に前記基準抵抗器と、電流比
   例分配機能を有する第１のカレントミラー回路
   と、前記電流増幅部の出力段とを直列に接続する
   と共に、 前記直流電源の正側端子に前記基準電圧発生部
   の一端と、前記基準抵抗器の一端と、前記第１の
   カレントミラー回路に従属して比例分配動作を行
   なう第２のカレントミラー回路とを共通接続し、 一方、前記基準電圧発生部の他端を前記第１カ
   レントミラー回路と接続して、前記基準電圧発生
   部に供給される動作電流を前記基準抵抗器に流れ
   る電流に比例させ、また、前記第２のカレントミ
   ラー回路における電流分配素子の一つを前記電流
   増幅部と接続し、もう一つを前記誤差増幅部に接
   続して、該誤差増幅部及び前記電流増幅部に供給
   される動作電流を前記第２のカレントミラー回路
   を介して間接的に前記基準抵抗器に流れる電流に
   比例させる回路構成としたことを特徴とする２端
   子形定電流回路。 ２ 前記第１及び第２のカレントミラー回路は、
   その回路素子としてベースを共通接続した複数の
   トランジスタで構成してある特許請求の範囲第１
   項記載の２端子形定電流回路。 ３ 前記電流増幅部はトランジスタのコレクタ・
   エミツタ間に起動用素子を並列接続してある特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の２端子形定電
   流回路。