JPH0563111U - 低電圧電流ミラー回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基準電流に密接に関係した出力電流を発生す
る低供給電圧電流源を提供すること。 【構成】 電流ミラー２１は基準入力電流の整数倍の出
力電流を供給し、高電流利得の負帰還ループをノード１
３を中心にして形成する。これにより回路が安定化さ
れ、精度が増す。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、基準電流を用いることにより、モノリシック集積回路を作動するた めの出力電流を発生する電流ミラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】

バッテリ作動デバイスの場合、斯かる電源は低電圧にて作動することが重要で ある。米国特許 第4,329,639号は斯かる回路の一例を開示している。電流ミラー 中のトランジスタのエミッタ・ベース電圧の差を表わす電圧を発生するために抵 抗器が用いられる。この電圧は安定化回路の負帰環ループに含まれる。

【０００３】 図１は、公知の標準的な電源回路を示す。この回路は、＋が端子１０に、−が 接地端子１１に接続されたＶ_CC電源によって作動する。斯かる慣習は、以下に述 べられる回路の全てに用いられる。定電流デバイス１２は端子１３からＩ_REF を 引出している。それ故、Ｉ_REF はダイオード接続トランジスタ１４を流れる。こ れによって、Ｉ_OUT がトランジスタ１５及び負荷１６を流れる。普通は、Ｉ_OUT はＩ_OUT ＝ＮＩ_REF となるように、ある利得因子ＮだけＩ_REF を上回る。この効 果は、トランジスタ１５を、和がＩ_OUT に等しくなるような複数の個別デバイス にすることによって達成されるのが一般的である。かくして、１つの電流Ｉ_REF が複数の制御された出力として反映される。トランジスタβが高レベルにある限 り、上記の式は正確である。更に正確な関係式は、

【数１】 Ｉ_OUT／Ｉ_REF＝Ｎ／〔１＋{(Ｎ＋１)／β}〕 となる。ここで、βはトランジスタのベース・コレクタ電流利得であり、Ｎは 電流ミラーである。ここで明らかなことは、βが非常に低い、例えば、約β＝１ ０のトランジスタとＮ＝１０に対しては、Ｉ_OUT 対Ｉ_REF 比は５に近くなること である。斯かる場合、電流ミラーは斯待値の半分しか反映しない。

【０００４】 図２は、βが低いトランジスタの精度損失を解消する働らきを有するスーパダ イオード電流ミラーを示す。トランジスタ１７は、ダイオードであるかのような 働らきをするように、トランジスタ１４′のコレクタをそのベースに結合してい る。しかしながら、このコレクタ・ベース接続はトランジスタ１７のβに等しい 電流利得を有している。

【０００５】

【数２】 Ｉ_OUT／Ｉ_REF＝Ｎ／〔１＋{(Ｎ＋１)／β(β＋１)}〕 図１の回路の場合の低βトランジスタでは５のＩ_OUT を生成するのに対して、 図２の回路は９をわずかに上回るＩ_OUT を生成する。かくして、図２の回路は低 βトランジスタ問題を大幅に解消する。

【０００６】 図３は、いわゆるウイルソン電流ミラーを示している。なお、トランジスタ１ ５′はダイオード接続であり、且つ出力トランジスタ１８のエミッタに結合され ている。トランジスタ１８のベースはトランジスタ１４′のコレクタに帰還され る。斯かる回路に対する公式は

【数３】 Ｉ_OUT／Ｉ_REF＝〔Ｎ+{(Ｎ+１)/β}〕／〔１+{(Ｎ+１)/β｝+{(Ｎ+１)/β₂ }〕 となる。ここで、Ｎ＝１の場合、ウイルソン回路は低βトランジスタに対しても 精度が高くなる。しかしながら、Ｎ＝１０の場合は、低βトランジスタは、回路 の精度を図１の回路の精度より少し良い程度のところまで低下せしめてしまう。 図２及び図３の両方の回路に関連した１つの問題は、ノード１３がＶ_CCより２ Ｖ_BE下にあることにある。これは、デバイス１２が機能的であるためには、Ｖ_{SA T} すなわちトランジスタのコレクタ・エミッタ飽和電圧より大きくなければなら ないことを意味している。従って、更に、これらの回路は両方共、２Ｖ_BE ＋Ｖ_{S AT} を上回るＶ_CCを有していなければならないことを意味している。

【０００７】 ３００°Ｋ に於ては、これは約 1.3〜1.4 ボルトとなる。従って、１つの電 池によって作動するように設計された回路は適用外である。

【０００８】 米国特許 第4,329,639号に開示された回路は低電圧にて作動するが、高βトラ ンジスタが用いられた時に不安定性を誘導するように作動するそのネガチブフィ ードバックループにある電圧ノードを用いている。ＩＣ設計は広い範囲のデバイ スパラメータを許容すべきであるため、このことは欠点とみなされる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、基準電流に密接に関係した出力電流を発生する低供給電圧電 流源を提供することにある。

【００１０】 本考案の別の目的は、極低電力供給電圧にて作動する高利得負帰還電流構成を とる電流ミラーを用いる回路において基準電流の関数である出力電流を発生する ことにある。

【００１１】

【課題を達成するための手段】

上記及び他の諸目的は、以下の構成を有する回路によって達成される。定基準 電流デバイスが電源トランジスタのコレクタに直列に結合される。差は、電源ト ランジスタのベースを駆動する電流ミラーへの入力を発生する電流ミラーターン アラウンドを駆動するように結合された制御トランジスタのベースに供給される 。斯かる構成によって、電源の電流が基準電流に実質的に等しくされるようにな っている高利得負帰還電流増幅ループが形成される。電源トランジスタに関連し た電流ミラーが、合同して基準電流の倍数を生成する出力トランジスタにも結合 される。斯かる回路の精度は公知のスーパダイオード電流ミラーの精度に近いも のになっている。しかしながら、スーパダイオード回路は３００°Ｋ において 少なくとも１．３ボルトの電源電圧を必要とするのに対して、本考案に係る回路 は１ボルトを大きく下回る電圧にて作動する。

【００１２】

【実施例】 図は、本考案に係る回路の略図である。定電流デバイス１２は端子１３からI_{R EF} を引出す。この回路は、トランジスタ１４′を流れる電流がI_REFをトランジス タ２０のベース電流だけ下回る時に安定になる。斯かる増分は、非常に小さく、 且つトランジスタ２０のβに依存する。トランジスタ２０のコレクタ電流（Ｉ₁ ）はダイオード接続入力トランジスタ２２及び出力トランジスタ２３から成る電 流ミラー２１に流れる。かくして、Ｉ₁ はダイオード接続トランジスタ１５′に 流れるＩ₂ として反映される。従って、トランジスタ２３のコレクタは、電流ミ ラー２１がノード１３を中心に高電流利得ネガチブフィードバックループを完成 する。このループは、上記のように、回路動作点を安定化する働らきを有する。 Ｉ₁＝Ｉ₂の場合、フィードバックループはトランジスタ２０のβに等しい電流利 得を有する。このため、トランジスタ１４′は、図２の回路の場合と同じように 、それがダイオード接続であるかのように作動する。かくして、トランジスタ１ ４′はトランジスタ２４と共に電流ミラーを形成するが、電流利得はエミッタ面 積によって決定される。望むならば、トランジスタ２３をトランジスタ２２より も大きくすることによってミラー２１にも電流利得を持たせることができること があきらかである。この場合は、ループ利得はトランジスタ２０のβにミラー２ １の利得を乗じたものになる。そのベースをトランジスタ１４′及び１５′のベ ースに共通に接続せしめているトランジスタ２４は負荷１６を駆動する出力トラ ンジスタとしての作用を有する。トランジスタ２４はトランジスタ１４′のＮ倍 の比率になるかあるいは同等の合計寸法を有する複数のトランジスタからなって いてもよい。この回路に対する公式は、

【数４】 Ｉ_OUT／Ｉ_REF＝Ｎ／｛１＋（β＋２＋Ｎ）／Ａ・β²｝ となる。ここでＡはミラー２１の電流利得であり、またＮＰＮトランジスタのβ は２Ｎよりかなり大きいと仮定される。

【００１３】 この公式は、βが非常に低いトランジスタが用いられる場合でも、２又は３だ けのＡによって回路の精度はスーパダイオードの精度のレベルになる。

【００１４】 ここで分かるように、ノード１３はＶ_CCを１Ｖ_BEだけ下回っており、これはこ の回路がＶ_BE＋Ｖ_SAT の供給電圧まで下がって作動できるようにするためである 。３００°Ｋ においては、この供給電圧は１つのセル電源に好適な約０．８〜 ０．９ボルトとなる。

【００１５】 上記の回路はトランジスタ２３に対する負荷エレメントとしてダイオード接続 トランジスタ１５′を用いているが、斯かる負荷エレメントは回路作動に関する 限り省くことができる。しかしながら、トランジスタ１５′が存在するとトラン ジスタ２３は単位利得デバイスになるため、トランジスタ１５′を省くと電流利 得が過大になるため回路が不安定となる。図示のように回路にトランジスタ１５ ′が存在すると、回路はトランジスタの全てのβ値に対して安定となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】標準的な従来の電流ミラーの略図。

【図２】従来のスーパダイオード電流ミラーの略図。

【図３】従来のウイルソン電流ミラーの略図。

【図４】本考案に係る電流ミラーの略図。

【符号の説明】

１０…第一レール １１…第二レール １２…定基準電流デバイス １４′…第一トラン
ジスタ ２０…第二トランジスタ ２２…第三トランジ
スタ ２３…第四トランジスタ ２４…第五トランジ
スタ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作電力源に接続可能な第１及び第２供
   給レール、 エミッタを前記第１供給レールに結合させ、コレクタ及
   びベースを有する第１導電型の第１トランジスタ、 前記第１トランジスタのコレクタと前記第２供給レール
   との間に結合された基準定電流デバイス、 前記第１供給レールに結合されたエミッタと、前記第１
   トランジスタのコレクタに結合されたベースと、コレク
   タとを有する前記第１導電型の第２トランジスタ、 前記第２トランジスタのコレクタと共に接続れたベース
   と、コレクタと、前記第２供給レールに結合されたエミ
   ッタとを有し、前記第１トランジスタの導電型とは反対
   の第２導電型の第３トランジスタ、 前記第２供給レールに結合されたエミッタと、前記第３
   トランジスタのベースに結合されたベースと、前記第１
   トランジスタのベースに結合されたコレクタとを有する
   前記第２導電型の第４トランジスタ、 前記第１供給レールに結合されたエミッタと、前記第１
   トランジスタのベースに結合されたベースと、出力電流
   を供給すべく結合されたコレクタとを有する前記第１導
   電型の第５トランジスタ、及びコレクタとベースとを前
   記第１トランジスタのベースに結合させ、エミッタを前
   記第１供給レールに結合させた前記第１導電型の第６ト
   ランジスタ、 を具備することを特徴とする低電圧電流ミラー回路。
2. 【請求項２】 前記第５トランジスタが前記第１トラン
   ジスタの面積よりも大きい面積を有するように比率化さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の回路。
3. 【請求項３】 前記第５トランジスタが、各々がその寸
   法に関連した独立の出力電流を供給する複数の別個デバ
   イスから成ることを特徴とする請求項２に記載の回路。
4. 【請求項４】 前記第１導電型がＰＮＰであり、前記第
   １供給レールが前記第２供給レールに関して正であり、
   前記回路が前記出力電流を供給することを特徴とする請
   求項１に記載の回路。