JPH0471364B2

JPH0471364B2 -

Info

Publication number: JPH0471364B2
Application number: JP59047604A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ikeda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1992-11-13
Also published as: JPS60191508A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、例えばバイポーラ半導体集積回路等
に利用する電流発生装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点第１図は従来の電流発生装置を示している。以
下にこの従来例の構成について第１図とともに説
明する。

第１図において、３０は電圧源で、これを除い
た他の素子は半導体集積回路として形成されてい
る。１，２，３２はNPNトランジスタで、この
うちNPNトランジスタ１は同一のトランジスタ
をｎ個並列に接続したものである。各NPNトラ
ンジスタ１，２，３２は同一の形状で作られてお
り、同一の特性を有している。トランジスタ１の
ベースと、トランジスタ２のベースとコレクタは
接続されている。５は抵抗でトランジスタ１のエ
ミツタとアースに接続されている。３，４，３１
はPNPトランジスタでそれぞれ同一の特性を有
している。これらのトランジスタ３，４，３１は
カレントミラー回路を形成している。そして、電
流発生装置の電流出力はトランジスタ３１のコレ
クタ電流I_C31で、コレクタがベースに接続された
トランジスタ３２を負荷にしている。

次に上記従来例の動作について説明する。い
ま、トランジスタ１，２のベース電位をV₁とす
ると、トランジスタ１，２のコレクタ電流I_C1，
I_C2は以下の式により表わされる。またその様子
を第２図に示す。

V₁＝V_Tln（I_C1／ｎ／I_SN）＋R₁I_C1 ……(1) V₁＝V_Tln（I_C2／I_SN） ……(2) ただしV_T＝KT／ｑｋ：ボルツマン定数ｑ：電子の負荷Ｔ：絶対温度 I_SN：NPNトランジスタ逆方向飽和電流 R₁：抵抗５の抵抗値トランジスタ１のコレクタ電流I_C1はトランジ
スタ３，４から成るカレントミラー回路により、
同じ大きさの電流がトランジスタ２のコレクタ電
流I_C2となつて流れる。すなわち I_C1＝I_C2 ……(3) したがつて、(1)，(2)，(3)式より I_C1＝V_T／R₁ln(n) ……(4) このときV₁の値をV₁′とする。いまV₁がV₁′より
わずかに減少した場合I_C1＞I_C2となるが、トラン
ジスタ３，４から成るカレントミラー回路によ
り、I_C2は増加しV₁を増加させる。逆にV₁がV₁′
よりわずかに増加した場合I_C1＜I_C2となるが、同
様の動作によりI_C2は減少しV₁を減少させる。こ
のような動作により、(1)式、(2)式の２曲線の交点
の位置で安定する。安定する点はもうひとつあ
り、第２図からもわかるように、I_C1＝I_C2＝０の
点である。このため、電圧源３０をはじめて加え
たときに、確実に(4)式で表わされる動作点に投入
するように、実用回路では第３図に示すような起
動用の抵抗６を設けて使用している。抵抗６はカ
レントミラー回路を経由して、わずかな電流をト
ランジスタ２のコレクタに流すことにより、第２
図の(2)式の曲線の原点付近で(1)式と交わらないよ
うにバイアスし、この安定点をなくしている。

しかしながら、上記従来例においては、第４図
の特性図のように、電源電圧の変化やトランジス
タのh_feのばらつきにより(4)式で表わされる電流
値を維持させるのが難しい。

これらの原因としては以下に示す２つの点が挙
げられる。第１の点は第５図に示すバイポーラ・
トランジスタのコレクタ・エミツタ電圧対コレク
タ電流特性の一般的な特性から明らかなように、
コレクタ・エミツタ電圧が変化するとコレクタ電
流が変化することであり、この現像はアーリ効果
と呼ばれている。第１図においてトランジスタ３
のコレクタ・エミツタ電圧V_CE3は約0.7V、トラ
ンジスタ４のコレクタ・エミツタ電圧V_CE4は約
（V_CC−0.7）Ｖであり、これらの異なるコレク
タ・エミツタ電圧でバイアスされたトランジスタ
で構成されたカレントミラー回路は電流比がV_CC
の影響を受ける。第５図中のV_Aはアーリ電圧と
呼ばれ、この値が小さいほど、コレクタ・エミツ
タ電圧の影響を受けやすい。一般的な半導体集積
回路のNPNトランジスタでこの値は100V、PNP
トランジスタで40V程度である。

次に、第２の点はh_feであるが、前述の(3)式で
はh_feを全く考慮しておらず、ベース電流を考慮
するとトランジスタ１のコレクタ電流I_C1はトラ
ンジスタ３のコレクタ電流とトランジスタ３，４
のベース電流の和で、さらにトランジスタ４のコ
レクタ電流は、トランジスタ２のコレクタ電流
I_C2とトランジスタ１，２のベース電流の和とな
り、実際的にはI_C1はI_C2と同じにはならない。こ
の電流値の差をトランジスタ３１のベース電流と
アーリ効果を無視して計算すると、 I_C1＝I_C3＋I_C3＋I_C4／h_feP ……(5) I_C4＝I_C2＋I_C1＋I_C2／h_feN ……(6) I_C3＝I_C4とすると(5)，(6)式より I_C1−I_C2＝2_hfeP＋2_hfeN＋４／（h_feN+1）h_feP・I_C3
……(7) となり、h_feの差によつて値が異なつてくる。

ただし、 h_feP：PNPトランジスタの電流増幅率 h_feN：NPNトランジスタの電流増幅率以上の通り、上記従来例では、その電流出力は
電源電圧の変化やトランジスタのh_feのばらつき
に対して大きく影響を受けるという欠点があつ
た。

発明の目的本発明は上記従来例の欠点を除去するものであ
り、電源電圧の変動とh_feのばらつきに対して影
響されにくい電流発生装置を提供し、半導体集積
回路の動作の安定度を向上させることを目的とす
るものである。

発明の構成本発明は以上の目的を達成するために、カレン
トミラー回路の出力を補償するための負帰還系を
設けたものである。

実施例の説明以下に本発明の一実施例の構成について、図面
とともに説明する。

第６図において、３０，３１，３２は第１図と
同一のものである。１１，１２，１５はNPNト
ランジスタで、１１は同一トランジスタがｎ個並
列に接続されている。各NPNトランジスタ１１，
１２，１５は同一の形状で作られており同一の特
性を有している。トランジスタ１１のベース・コ
レクタはトランジスタ１２のベースに、エミツタ
は抵抗１７を経てアースに接続されている。トラ
ンジスタ１５のベースはトランジスタ１２のコレ
クタに、エミツタは抵抗１９を経てアースに接続
されている。トランジスタ１３，１４，１６は
PNPトランジスタで、１６は同一トランジスタ
が２個並列に接続されている。各PNPトランジ
スタはそれぞれ同一の特性を有しており、これら
のトランジスタ１３，１４，１６はカレントミラ
ー回路を形成している。なお１８は起動用抵抗で
ある。そして電流発生装置の電流出力はトランジ
スタ３１のコレクタ電流I_C31で、ダイオード接続
されたトランジスタ３２を負荷にしている。

次に上記実施例の動作について説明する。第６
図において、トランジスタ１１，１２は第１図の
トランジスタ１，２に対応している。したがつて
ここでも(1)，(2)式は成立する。

いま、トランジスタ１６のコレクタ電流I_C16が
増加したとすると、トランジスタ１３，１４のコ
レクタ電流I_C13，I_C14は増加し、V₁を増加させる。
するとトランジスタ１２のコレクタ電流I_C12は増
加し、トランジスタ１５のベース電流I_B15を減少
させ、コレクタ電流I_C15も減少する。I_C15はI_C16の
成分のほとんどを占めている。すなわち、この系
は負帰還を形成している。この系の安定する状態
は次の式で表わすことができる。

I_C14＝I_C12＋I_C15／h_feN ……(8) I_C13＝I_C11＋I_C11／h_feN＋I_C12／h_feN ……(9) I_C13＝I_C14 ……(10) (8)，(9)，(10)式より I_C12＋I_C15／h_feN＝I_C11＋I_C11／h_feN＋I_C12／h_feN…
…(11) ∴I_C11−I_C12＝１／h_feN（I_C15−I_C11−I_C12）……(12) I_C11＋I_C11＋I_C12／h_feN＝I_C13＝I_C16／２ I_C11＝I_C12，I_C16−I_C15とすると I_C11＝h_feN／h_feN＋２・I_C15／２ ……(13) (12)，(13)式より I_C11−I_C12＝１／h_feN・２／h_feN＋２・I_C15……(14) (14)式の値はきわめて小さい値であり、(3)式を
ほぼ満足している。（ただし(3)式中I_C1をI_C11にI_C2
をI_C12におきかえる。）このように、第６図より
明らかなように、I_C13はI_C11とI_B11とI_B12とに分け
られ、I_C14はI_C12とI_B15とに分けられるが、I_C16に
よりI_B15が調整され、I_C11とI_C12は同一となるよう
に制御されるので、(14)式と従来の(7)式を比べる
と明らかに(14)式の方が小さくh_feの影響が小さく
なつていることがわかる。

一方、第６図からもわかるように、トランジス
タ１１，１２のコレクタ・エミツタ電圧とトラン
ジスタ１３，１４のコレクタ・エミツタ電圧はそ
れぞれ同じ値になり、電源電圧の影響も小さくな
つている。電源電圧の影響は、トランジスタ１
５，１６に現われるが、この変化はトランジスタ
１５の１／h_feNとなり、電流出力に対して大きな
値ではない。なお抵抗１９はトランジスタ１５の
相互コンダクタンスを低くして、負帰還を安定さ
せている。

第７図に第６図の電源電圧、h_feのばらつきに
対する電流出力の特性を示す。この第７図からも
h_feの影響及び電源電圧の影響が殆んどなくなつ
ていることがわかる。

発明の効果本発明は上記のような構成であり、以下に示す
効果が得られるものである。

(a) 電流発生の基準になるトランジスタのコレク
タ・エミツタ電圧の差が電源電圧の影響を受け
ない回路構成のため、電源電圧変動に対して電
流出力の変化が小さくできる。

(b) 電流発生の基準になるトランジスタのベース
電流を補償されたので、h_feのばらつきの変動
を受けにくくできる。

(c) 上記の効果により半導体集積回路の設計の自
由度が増し、さらに生産の歩止りを向上させる
利点を有する。そして、第３のトランジスタの
エミツタと接地の間に抵抗を挿入したので、ト
ランジスタの相互コンダクタンスを低く保ち、
負帰還を安定させ、発振を防止する効果があ
る。

なお、他に第３のトランジスタのベースと接地
との間にコンデンサを挿入して安定化を図る方法
があるが、この場合は応答速度が遅くなる欠点を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電流発生装置の原理を示す回路
図、第２図は第１図のV₁対I_C1，I_C2の特性図、第
３図は従来の電流発生装置の実用的な回路図、第
４図は第３図の電流発生装置の電源電圧、h_feの
ばらつきに対する電流出力特性を示す図、第５図
は一般的なバイポーラ・トランジスタのコレク
タ・エミツタ電圧対コレクタ電流特性を示す図、
第６図は本発明の一実施例における電流発生装置
の回路図、第７図は第６図の電流発生装置の電源
電圧、h_feのばらつきに対する電流出力特性を示
す図である。１１，１２，１５，３２……NPNトランジス
タ、１３，１４，１６，３１……PNPトランジ
スタ、３０……電圧源。

Claims

【特許請求の範囲】

１カレントミラー回路と、コレクタ及びベース
が前記カレントミラー回路の第１出力に接続さ
れ、エミツタが第１の抵抗を介して接地された第
１のトランジスタと、コレクタが前記カレントミ
ラー回路の第２出力に接続され、エミツタが接地
され、ベースが前記第１のトランジスタのベース
に接続された第２のトランジスタと、コレクタが
前記カレントミラー回路の入力に接続され、ベー
スが前記第２のトランジスタのコレクタに接続さ
れ、エミツタが第２の抵抗を介して接地された第
３のトランジスタとから構成され、前記カレント
ミラー回路の第３出力を電流出力とし、前記第１
のトランジスタのコレクタ電流と前記第２のトラ
ンジスタのコレクタ電流を同一にするように前記
第３のトランジスタのベース電流を設定すること
を特徴とする電流発生装置。