JPH04214665A - 定電流源回路及び定電流源回路素子 - Google Patents

定電流源回路及び定電流源回路素子

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JPH04214665A
JPH04214665A JP2401482A JP40148290A JPH04214665A JP H04214665 A JPH04214665 A JP H04214665A JP 2401482 A JP2401482 A JP 2401482A JP 40148290 A JP40148290 A JP 40148290A JP H04214665 A JPH04214665 A JP H04214665A
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JP
Japan
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current source
gate
drain
source circuit
constant current
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Pending
Application number
JP2401482A
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English (en)
Inventor
Masaya Isobe
雅哉 磯部
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果トランジスタ
を用いた高周波でも電流の変動が小さい定電流源回路、
及び高周波でも電流の変動が小さい定電流源回路に用い
られる定電流源回路素子に関する。
【0002】
【従来の技術】電界効果トランジスタ(以下FETと略
す。)は、ドレイン電流のドレイン電圧に対する飽和特
性を利用して定電流源回路として用いられている。この
際、ドレイン電圧に対するドレイン電流の飽和領域での
コンダクタンスであるドレインコンダクタンスの値が定
電流源回路の性能を左右する。
【0003】図5はFET1個で構成された定電流源回
路の回路図であり、ソース端子とゲート端子が共に低電
位端子bに接続され、ドレイン端子が高電位端子aに接
続されている。図12はこの回路に用いられるFET1
のドレイン電圧−ドレイン電流特性図である。同図中(
VI)の曲線はFET1のゲート長が1μmより十分に
長い場合の特性を、同図中(III)の曲線はFET1
のゲート長が1μmよりも短い場合の特性を示している
。ところで、FETを高周波で動作させるにはゲート長
を短くすることが有効な手段となるのであるが、上記図
12は高周波での動作に対応するためにゲート長を短く
すると飽和領域でのドレイン電流の平坦性が悪くなるこ
とを示している。これはゲート長が1μm程度以下にな
ると、いわるる短チャネル効果が生じるためであって、
上記平坦性はドレインコンダクタンスをパラメータとし
て知ることができる。すなわち、高周波回路に用いる定
電流源回路としては、図5に示したものはゲート長を短
くするとドレインコンダクタンスが大きくなるために不
適当である。そこで、図6、図7に示すような定電流源
回路が提案されている。図6に示す回路は、FET1に
抵抗82が接続されたもので、ソース端子に抵抗82が
接続され、該抵抗82とゲート端子とが共に低電位端子
bに、ドレイン端子が高電位端子aに接続されている。 この回路では、ドレイン電流が増加すると抵抗82での
電圧降下が大きくなり、ゲートバイアスが大きくなって
、実質的にドレインコンダクタンスを小さくすることが
でき、FET1のゲート長を短くすることによるドレイ
ンコンダクタンスの増加を低減できる。図7に示す回路
は、デュアルゲートFET4を用いたもので、ソース端
子と2つのゲート端子が共に低電位端子bに、ドレイン
端子が高電位端子aに接続されている。デュアルゲート
FET4は、2つのFETが接続されたものと同等であ
って、この回路ではデュアルゲートFET4を構成する
低電位端子b側の第2のFET部が前記図6に示した回
路の抵抗82の役割をし、高周波に対応するためにゲー
ト長を短くしてもドレインコンダクタンスの増加を抑制
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上示した従来の定電
流源回路の中では、同じ電流値で比較した場合、デュア
ルゲートFETを用いたものが最もドレインコンダクタ
ンスを小さくできる。しかしながら、デュアルゲートF
ETを用いて得られるドレインコンダクタンスも十分に
小さいとは言えない。さらに、デュアルゲートFETは
通常のFETと同様でゲート幅を決めるとドレインコン
ダクタンスが決まり、電流値とドレインコンダクタンス
を切り離して制御できないという欠点がある。これに対
して、抵抗を接続する回路ではゲート幅と抵抗値を適当
に選択することで、電流値とドレインコンダクタンスと
を別々に制御できるが、デュアルゲートを用いたものに
比べて、ドレインコンダクタンスが大きくなる。
【0005】本発明は以上に鑑み、FETのゲート長を
短くして高周波回路に対応できるようにした場合でも、
大きい電流と小さいドレインコンダクタンスが得られ、
かつ電流とドレインコンダクタンスとを別々に設定する
ことの可能な定電流源回路を提供することを目的とする
。また、上記定電流源回路を1つの素子とするのに最適
な構造を有する定電流源回路素子を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、2個以上の電界効果トランジスタがソース
とドレインに関して直列に接続され、最端のドレイン端
子が高電位端子に接続され、ゲート端子と最端のソース
端子とが低電位端子に接続された定電流源回路であって
、最端のドレイン端子を有する電界効果トランジスタ以
外の電界効果トランジスタの内少なくとも1つの電界効
果トランジスタは、最端のドレイン端子を有する電界効
果トランジスタよりも小さいゲート幅を有していること
を特徴とする定電流源回路を提供する。
【0007】また、互いに異なるゲート幅を有するゲー
ト電極間にソース電極とドレイン電極とを兼ねる共通電
極が形成されていることを特徴とする上記本発明の定電
流源回路と同様の回路構成を有する定電流源回路素子を
提供する。
【0008】
【作用】本発明の定電流源回路では、高電位端子に接続
される最端のドレイン端子を有する最端の電界効果トラ
ンジスタが主として定電流源回路の出力電流値を決定し
、他の電界効果トランジスタは主としてドレインコンダ
クタンスを小さくするように働く。(以下電界効果トラ
ンジスタをFETと略す。)そして、ドレインコンダク
タンスを小さくするように働く上記他のFETとして上
記最端のFETに比べ小さいゲート幅を有するものを用
いると、ドレインコンダクタンスを小さくする作用が特
に大きくなる。この作用は、上記他のFETの内少なく
とも1つをゲート幅の小さいものとすれば発現される。
【0009】また、本発明の定電流源回路素子では、共
通電極が2つのゲート電極間の電流の流れを容易にする
【0010】
【実施例】以下実施例により本発明を説明する。
【0011】実施例1 図1は本発明の第1実施例の定電流源回路を説明する図
であり、同図(A)はGaAsMESFETを用いて本
実施例の定電流源回路を構成した定電流源回路素子の構
成図、同図(B)は本実施例の定電流源回路の回路図で
ある。本実施例の素子では、ソース電極12とドレイン
電極11の間に第1のゲート電極13と第2のゲート電
極14が形成され、これら2つのゲート電極がソース電
極12と接続されている。さらに、これら2つのゲート
電極間には、ソース・ドレイン共通電極15が形成され
ている。そして、第1のゲート電極13で制御されるゲ
ート幅は70μm、第2のゲート電極14で制御される
ゲート幅は53μmとなるような形状にゲート電極13
,14と活性層5が形成され、共通電極15もこれに合
わせて非対称な形状となっている。尚、ゲート長は第1
、第2のゲート電極ともに0.8μmである。そして、
本実施例の素子を等価回路で示すと同図(B)のFET
1とFET2がソースとドレインに関して直列に接続さ
れた回路図となる。この回路図に示すように、ソース電
極12とゲート電極13,14が低電位端子bに接続さ
れ、ドレイン電極11が高電位端子aに接続される。
【0012】図3は本実施例の定電流源回路のドレイン
電圧−ドレイン電流特性を示す図である。図中(I)に
示す曲線が本実施例の特性を示す曲線であり、電流値は
約3.5mAでドレインコンダクタンスは250μSと
なっている。尚、同図中には比較のために従来回路の特
性曲線を共に記している。従来回路はすべてゲート長0
.8μmとし、電流レベルが本実施例と同じになるよう
にゲート幅等を設定したものを用いた。図中(III)
の曲線は図5に示したFETを1つ用いた回路の特性曲
線であって、ゲート幅は30μmとなり、ドレインコン
ダクタンスは500μSとなっている。図中(V)の曲
線は図6に示したFETと抵抗を用いた回路の特性曲線
であって、FETのゲート幅は70μmとなり、ドレイ
ンコンダクタンスは340μSとなっている。図中(I
V)の曲線は図7に示したデュアルゲートFETを用い
た回路の特性曲線であって、ゲート幅は60μmとなり
ドレインコンダクタンスは290μSとなっている。
【0013】この図からわかるように、出力される電流
値を同じ値に設定した場合には、本実施例の回路が最も
ドレインコンダクタンスを小さくでき、電流値の変動の
少ない定電流源となる。
【0014】尚、本実施例では回路をGaAsMESF
ETで構成したが、Si基板上に回路を形成しても、ソ
ース側のゲート幅を小さくすることで、ドレインコンダ
クタンスを小さくできるというような同様の効果が得ら
れる。また、本実施例の回路は2個のFET部品をゲー
ト幅の小さいFETが低電位側になるようにして接続し
て作成しても、上記と同様の効果が得られる。
【0015】図8、図9は従来の定電流源回路をGaA
sMESFETを用いて構成した定電流源回路素子の構
成図である。図8は図5に示した回路構成の素子、図9
は図7に示した回路構成の素子である。これらの図を用
いて本実施例の定電流源回路素子をさらに説明する。図
8に示したFET1個からなる回路素子では、高周波に
対応するためにゲート電極13で制御されるゲート長を
短くすると、ドレインコンダクタンスが大きくなる。そ
して、ゲート幅を小さくするとドレインコンダクタンス
を小さくできるが、ゲート幅を小さくした分だけ電流値
も小さくなってしまう。図9に示したデュアルゲートF
ET1個からなる回路素子では、ゲート電極13、14
で制御されるゲート長を短くしても、上記FET1個の
場合のようにはドレインコンダクタンスは大きくならな
い。しかしながら、所望の電流値を設定するためにゲー
ト幅を変えるとドレインコンダクタンスも共に変化する
【0016】これに対して本実施例の回路素子では、ド
レイン電極11側の第1のゲート電極13により制御さ
れるゲート幅に比べ、ソース電極12側の第2のゲート
電極14により制御されるゲート幅が小さいので、ゲー
ト長を短くしても上記デュアルゲートFETを用いた場
合よりもさらにドレインコンダクタンスを小さくできる
。そして、第1のゲート電極13により制御される第1
のゲート幅は主として電流値に、第2のゲート電極14
により制御される第2のゲート幅は主としてドレインコ
ンダクタンスに影響を与え、ゲート幅を大きくすると電
流値が大きくなり、ゲート幅を小さくするとドレインコ
ンダクタンスが小さくなる傾向を有するので、これら2
つのゲート幅を調節することにより、電流値とドレイン
コンダクタンスとを独立に制御でき、任意の設定電流値
に対し、小さなドレインコンダクタンスを設定できる。
【0017】また、ゲート幅の異なるFETが2個直列
に接続された構成は、図11に示したデュアルゲートF
ETと同様の構造において各ゲートの幅を異なったもの
とすることによっても実現できる。しかしながら、ゲー
ト幅を変えるためには、ゲート電極とゲート電極13の
下部領域で活性層5の幅を変えねばならず、図9に示す
ような構造では2つのゲート電極が近接しているために
製造上の非常な困難を伴う。これに対し、本実施例のも
のでは、共用電極15を設けることで電流の流れを阻害
することなくゲート電極同志の間隔を広げることが可能
となるので、活性層の幅の制御が容易である。
【0018】実施例2 図2は本発明の第2実施例の定電流源回路を示す回路図
である。この回路はFET1,2,3がドレインとソー
スに関して直列に接続され、各FETのゲートがFET
3のソースに接続されて低電位端子bに接続され、FE
T1のドレインが高電位端子aに接続されたものである
。FET1のゲート幅を95μm、FET2のゲート幅
を95μm、FET3のゲート幅を80μmとした場合
、ゲート長0.8μmで電流値約3.5mAに対してド
レインコンダクタンス180μSが得られた。図4にこ
の回路のドレイン電圧−ドレイン電流特性を示す。図中
(II)の曲線は本実施例回路の特性曲線、図中(II
I)の曲線は比較のために示したもので図3中の曲線(
III)と同じものである。この図からわかるように、
本実施例の定電流源回路は、ドレイン電圧の変動に対し
て安定した電流を出力する電流値の安定した定電流源回
路となる。
【0019】以上実施例により本発明の定電流源回路と
定電流源回路素子を説明したが、本発明の定電流源回路
は、例えば、図10,11に示すような差動増幅器やカ
レントミラー回路等の定電流出力を必要とするものに用
いられる。
【0020】
【発明の効果】本発明の定電流源回路によれば、高周波
回路に用いるためにゲート長の短いFETを用いても、
ドレインコンダクタンスが小さく、大きな電流値の得ら
れる安定した定電流源回路を提供できる。
【0021】さらに、本発明の定電流源回路では、電流
値とドレインコンダクタンスを独立に制御でき、任意の
定電流値をとることができ、各設定電流値において低ド
レインコンダクタンスを得ることができる。
【0022】また、本発明の定電流源回路素子によれば
、異なるゲート幅を有するゲート電極を隣接して形成す
る際に、ゲート電極を離すことができるために異なる幅
を有する活性層を容易に形成でき、本発明の低電流源回
路を素子として容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例の定電流源回路を説明する図
である。
【図2】本発明第2実施例の定電流源回路を示す回路図
である。
【図3】第1実施例の定電流源回路のドレイン電圧−ド
レイン電流特性を示す図である。
【図4】第2実施例の定電流源回路のドレイン電圧−ド
レイン電流特性を示す図である。
【図5】従来の定電流源回路の回路図である。
【図6】従来の定電流源回路の回路図である。
【図7】従来の定電流源回路の回路図である。
【図8】従来の定電流源回路素子の構成図である。
【図9】従来の定電流源回路素子の構成図である。
【図10】差動増幅器の回路図である。
【図11】差動増幅器の回路図である。
【図12】従来のFETのドレイン電圧−ドレイン電流
特性を示す図である。
【符号の説明】
1,2,3  FET 5    活性層 11  ドレイン電極 12  ソース電極 13,14  ゲート電極 15  共通電極 a    高電位端子 b    低電位端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  2個以上の電界効果トランジスタがソ
    ースとドレインに関して直列に接続され、最端のドレイ
    ン端子が高電位端子に接続され、ゲート端子と最端のソ
    ース端子とが低電位端子に接続された定電流源回路であ
    って、最端のドレイン端子を有する電界効果トランジス
    タ以外の電界効果トランジスタの内少なくとも1つの電
    界効果トランジスタは、最端のドレイン端子を有する電
    界効果トランジスタよりも小さいゲート幅を有している
    ことを特徴とする定電流源回路。
  2. 【請求項2】  互いに異なるゲート幅を有するゲート
    電極間にソース電極とドレイン電極とを兼ねる共通電極
    が形成されていることを特徴とする上記請求項1記載の
    定電流源回路と同様の回路構成を有する定電流源回路素
    子。
JP2401482A 1990-12-12 1990-12-12 定電流源回路及び定電流源回路素子 Pending JPH04214665A (ja)

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JP (1) JPH04214665A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973377A (en) * 1995-12-28 1999-10-26 Nec Corporation Semiconductor device having FETs with shared source and drain regions

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973377A (en) * 1995-12-28 1999-10-26 Nec Corporation Semiconductor device having FETs with shared source and drain regions

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