JPH0681013U

JPH0681013U - 電流源回路

Info

Publication number: JPH0681013U
Application number: JP025273U
Authority: JP
Inventors: ハリー・エイ・ギル，ジュニアー
Original assignee: レイセオン・カンパニー
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1994-11-15
Also published as: JPS58115906A; US4437023A

Abstract

(57)【要約】【目的】電源電圧変動に対してほぼ一定電流を供給し
得る比較的高い出力インピーダンスを有し安定性を改善
した電流源回路を提供する。【構成】１つのマスタ・トランジスタＱ₁と少なくと
も１つのスレーブ・トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nとを含み、
マスタ・トランジスタが差動増幅器に接続される。差動
増幅器は一対のトランジスタＱ₃，Ｑ₄を含み、一方のト
ランジスタＱ₃が基準電流源１５とマスタ・トランジス
タＱ₁に接続され、他方のトランジスタＱ₄のコレクタが
マスタ・トランジスタＱ₁及びスレーブ・トランジスタ
Ｑ_2a〜Ｑ_2n のベースの接続に接続されるとともに、他方
のトランジスタＱ₄のコレクタと電圧源Ｖｃｃとの間に
ダイオード接続されたトランジスタＱ₅が結合される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電流源回路に関し、更に詳細には比較的高い出力インピーダンスを有する電流源回路に関する。

【０００２】

【背景技術】

当該技術分野において周知の如く、電流源はリニア集積回路において幅広く応用されている。その一例として、「ウイルソン（Ｗｉｌｓｏｎ）電流源」がＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ，１９６８年、１２月、のＧｅｏｒｇｅＡ．Ｗｉｌｓｏｎ著「モノリシック接合ＦＥＴｎ−ｐ−ｎ演算増幅器」（ＡＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃＪｕｎｃｔｉｏｎＦＥＴｎ−ｐ−ｎＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）に記載されている。その電流源は、ベースが第１トランジスタのコレクタに、エミッタがダイオードと第１トランジスタのベースとの結合点に、接続された第２トランジスタを付加することによって、従来の電流源（ベースとエミッタとの間に結合されたダイオードを有するトランジスタを含み、ダイオードと該トランジスタのベースとの結合点に送られる基準電流にほぼ等しい電流をトランジスタのコレクタに供給する）を改善するものである。その構成によって、第２トランジスタのコレクタの電流が、第１トランジスタのコレクタと第２トランジスタのベースとの結合点に流れる基準電流にほぼ等しくなる。

【０００３】この「ウイルソン電流源」は広範囲に利用されるものであるけれども、比較的高い出力インピーダンスを有する電流源が必要になる場合がある、例えばそのような電流源が他のトランジスタと共に使用され、その電流源によって発生される電流を「追跡する」（トラック）又は「反映する」（ミラー）電流ミラーを提供する場合である。電流源の出力インピーダンスを増大する必要性は供給電圧に変動のある電流源によって発生される変動を低減させるためである。

【０００４】

【考案の概要】

本考案によれば、一対の電流源と、共通ベースを有する複数のトランジスタであって、マスタ・トランジスタと少なくとも１つのスレーブ・トランジスタとを含みそのエミッタが電圧源に電気的に接続される複数のトランジスタから成る電流ミラー回路と、一対のトランジスタから成る差動増幅器装置と、を有する電流源回路が提供される。その差動増幅器装置の一対のトランジスタのエミッタは一対の電流源の一方（第１）に接続され、その一対のトランジスタの一方（第１）のトランジスタのベースはマスタ・トランジスタのコレクタ及び一対の電流源の他方（第２）に接続され、コレクタは電圧源に結合され、一対のトランジスタの他方（第２）のトランジスタのコレクタは共通ベースに接続されて、電流ミラー回路の複数のトランジスタの共通ベースに流れる全電流にほぼ等しい電流を第２トランジスタのコレクタに流し、マスタ・トランジスタのコレクタに流れる電流にほぼ比例する電流を少なくとも１つのスレーブ・トランジスタのコレクタに流す。

【０００５】この構成によって、電流ミラー回路のトランジスタのほぼ全部のベース電流が差動増幅器の第２トランジスタのコレクタによって与えられる比較的高い出力インピーダンスを有する比較的簡単な電流源が提供される。マスタ・トランジスタのコレクタ電流の変動が差動増幅器の第１トランジスタに流れるベース電流の変化として感知される。ベース電流の変化は差動増幅器によって増幅され、マスタ・トランジスタ及びスレーブ・トランジスタのベース電流を高速にそして直接的に修正する。

【０００６】

【実施例】

図１において、電流源回路１０は電流ミラー回路１２と差動増幅回路１４を含む。電流ミラー回路１２はマスタ・トランジスタＱ₁と少なくとも１つのスレーブ・トランジスタ（ここでは複数のスレーブ・トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2n）を含む。マスタ・トランジスタＱ₁と複数のスレーブ・トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nは共通のベース１６を有する。電流源回路１２における複数のトランジスタＱ₁、Ｑ_2a 〜Ｑ_2nのエミッタは＋Ｖｃｃ電圧源に接続される。トランジスタＱ₁のコレクタは差動増幅回路１４と第１基準電流源１５とに図示の如く接続され、電流源１５は電流Ｉを発生する。スレーブ・トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのコレクタは各負荷（ここでは抵抗Ｒ_a〜Ｒ_nとして示される）に接続される。

【０００７】差動増幅回路１４は、一対のトランジスタＱ₃，Ｑ₄を含み、トランジスタＱ₃ のベースはトランジスタＱ₁のコレクタ及び第１基準電流源１５に接続される。トランジスタＱ₄のベースは基準電圧源Ｖ_Rに、トランジスタＱ₄のコレクタは電流ミラー回路１２の複数のトランジスタＱ₁，Ｑ_2a〜Ｑ_2nの共通ベース１６に接続される。補償用コンデンサＣ（ここでは１０ｐＥ）は回路１０を安定化するために、トランジスタＱ₃のベースとトランジスタＱ₄のコレクタとの間に接続される。トランジスタＱ₃のコレクタは＋Ｖｃｃ電源に接続される。トランジスタＱ₃ ，Ｑ₄のエミッタは一緒に接続されて第２基準電流源１７に結合され、この電流源は第１基準電流源１５に流れる電流のＭ倍の電流ＭＩを発生する。

【０００８】動作において、トランジスタＱ₃のベースの電圧は電圧Ｖ_Rにほぼ等しい。更に、Ｒ_a〜Ｒ_nで表わされる負荷はトランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのコレクタの電圧が電圧Ｖ_Rにほぼ等しくなるように選定される。例えばＶｃｃが１５ボルト、Ｖ_Rが１．２ボルト、電流源１５がここでは１５０マイクロアンペアに等しい電流Ｉ（トランジスタＱ₁のコレクタの電流Ｉ_c1にほぼ等しい）を発生し、トランジスタＱ_2a のエミッタ領域がトランジスタＱ₁のエミッタ領域に等しいとすると、Ｒ_a＝８Ｋ Ωとなる。トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのコレクタの電圧がＶ_Rに等しいとすると、そのコレクタ電流は、トランジスタＱ₁のエミッタ領域に対するトランジスタＱ₂ _a 〜Ｑ_2nのエミッタ領域の比によってトランジスタＱ₁のコレクタ電流に等しいか、又はそれに正比例する。もし電圧＋Ｖｃｃが増加すると、トランジスタＱ₁のコレクタ電流Ｉ_c1はコレクタ出力インピーダンスの有限性のため増加する傾向にあり、またトランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのコレクタ電流も増加する傾向にあるが、コレクタ電流Ｉ_c1の増加はトランジスタＱ₃のベース電流（Ｉ_BQ3）を増加させる。このトランジスタＱ₃のベース電流Ｉ_BQ3の増加はトランジスタＱ₃から電流源１７に送られるエミッタ電流の一部を増加させ、トランジスタＱ₄から電流源１７に流れるエミッタ電流分を減少させる。トランジスタＱ₄に流れるエミッタ電流の減少は、トランジスタＱ₄のコレクタ電流Ｉ_CQ4を減少させる傾向にある。電流ミラー１２のトランジスタＱ₁及びＱ_2a〜Ｑ_2nのほぼすべてのベース電流はトランジスタＱ₄のコレクタを流れる（Ｉ_CQ4）ので、ベース電流の減少はトランジスタＱ₁及びＱ_2a〜Ｑ_2nのコレクタ電流を減少させる傾向にあり、そのコレクタ電流はほぼ一定に保たれ電圧＋Ｖｃｃの変動には無関係となる。トランジスタＱ₁ のエミッタ領域がｙでトランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのエミッタ領域が夫々Ａ_y〜Ｎ_yとすると、トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのコレクタ電流はＡＩ_c1〜ＮＩ_c1となる。ここでＩ_c1はトランジスタＱ₁のコレクタ電流である。更に、トランジスタＱ_2a〜Ｑ₂ _n の各々はトランジスタＱ₁のコレクタ電流に比例したコレクタ電流で導通し、その比例定数はトランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのエミッタ領域のトランジスタＱ₁のエミッタ領域に対する比である。

【０００９】第２基準電流源１７によって発生される電流ＭＩは、第１基準電流源１５によって発生される基準電流Ｉの値とトランジスタＱ₁，Ｑ_2a〜Ｑ_2nのベース・コレクタ間の最小電流利得（ｈｆｅ）とに基づくある最小レベルよりも大きくなければならない。ここで、トランジスタＱ₁，Ｑ_2a〜Ｑ_2nは集積回路の一部として形成されほぼ等しい電流利得を有する。Ｍの最小値はトランジスタＱ₃のコレクタ電流を零又は零付近とし、トランジスタＱ₁，Ｑ_2a〜Ｑ_2nのｈｆｅをその最小値と仮定して決定される。そして、もしトランジスタＱ₃のコレクタ電流が零とすると、第２基準電流源１７の電流ＭＩはトランジスタＱ₄のコレクタ電流に等しくなる。更に、トランジスタＱ₃のベース電流は零になり、トランジスタＱ₁のコレクタに流れる電流は第１電流源１５による電流に等しくなる（Ｉ_c1＝Ｉ）。故に、Ｉ_CQ4＝（Ｉ_c1／ｈｆｅ）＋（ＸＩ_c1／ｈｆｅ）となり、ここでＸＩ_c1はスレーブ・トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nの全コレクタ電流である。そして、Ｉ_CQ4＝ＭＩ、Ｉ_c1＝Ｉであるので、Ｍｍｉｎ＝（Ｘ＋１）／ｈｆｅｍｉｎとなり、ここでＭｍｉｎは所定のｈｆｅｍｉｎ及びＸの値を与えるために必要な最小値である。

【００１０】ここで図２を参照すると、別の電流源回路１０’が示され、ここでは回路１０ ’は、図１に関連して説明した電流ミラー１２と同じ電流ミラー１２と、図１に関連して説明した差動増幅器１４とは回路の安定性を増大させるためのダイオード接続されたトランジスタＱ₅を含む点で異なるが類似の構成を有する差動増幅器１４’と、を含む。トランジスタＱ₅のエミッタは＋Ｖｃｃ電流源に接続され、そのベースは、電流ミラー１２の共通ベースと、それ自体のコレクタと、トランジスタＱ₄のコレクタとに接続される。ここでも、電流ミラー１２のマスタ・トランジスタＱ₁とスレーブ・トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nに流れるベース電流のほぼ全部はトランジスタＱ₄のコレクタに流れる（Ｉ_CQ4）。しかし、トランジスタＱ₅のベース電流はトランジスタＱ₄のコレクタに流れる。回路１０’は回路１０と同様に動作し、電源電圧Ｖｃｃの変化によるマスタ・トランジスタＱ₁のコレクタ電流の変化はトランジスタＱ₃のベース電流の変化として感知される。この感知されたトランジスタＱ₃のベース電流の変化は、トランジスタＱ₄のコレクタ電流（Ｉ_CQ4）を反対方向に変化させ、それによってマスタ・トランジスタＱ₁のコレクタ電流Ｉ_c1を最初の（元の）レベルに変化させ、電流Ｉ_c1従ってスレーブ・トランジスタＱ_2a〜Ｑ_2nのコレクタ電流を元のレベルに維持する。しかし、第２基準電流源１７’は最小電流Ｍ’ｍｉｎＩを発生し、ここでＭ’ｍｉｎ＝（ｎ（１＋ｈｆｅｍｉｎ）＋Ｘ＋１）／ｈｆｅｍｉｎでｎはトランジスタＱ₁のエミッタ電流密度に対するトランジスタＱ₅のエミッタ電流密度の比であり、Ｉは電流源１５によって発生される電流である。

【００１１】以上、本考案の一実施例について説明したが、本考案の範囲内で他の実施例が可能であることは当業者には明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による電流源回路の回路図である。

【図２】本考案による電流源回路の他の実施例の回路図
である。

【符号の説明】

１０：電流源回路１２：電流ミラー回路１４：差動増幅回路１５，１７：基準電流源

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】（イ）一対の電流源と、（ロ）共通ベースを有する複数のトランジスタであっ
て、マスタ・トランジスタと少なくとも１つのスレーブ
・トランジスタを含み、それらのエミッタが電圧源に電
気的に接続される複数のトランジスタから成る電流ミラ
ーと、（ハ）一対のトランジスタから成る差動増幅器であっ
て、それらのトランジスタのエミッタが前記一対の電流
源の一方に接続され、前記一対のトランジスタの一方の
ベースがマスタ・トランジスタのコレクタと前記電流源
の他方に結合され、そのコレクタが前記電圧源に結合さ
れ、前記一対のトランジスタの他方のコレクタが前記共
通ベースに接続されて、マスタ・トランジスタのコレク
タに流れる電流にほぼ比例する電流を少なくとも１つの
スレーブ・トランジスタのコレクタに発生させる差動増
幅器と、から構成され、（ニ）前記差動増幅器が、該増幅器の一対のトランジ
スタの他方のコレクタと電圧源との間に結合されるダイ
オード接続されたトランジスタを含み、前記一対の電流
源の一方がミラー電流ＭＩを発生し、ここでＩは前記一
対の電流源の他方によって発生される電流であり、Ｍは
少なくとも（ｎ（１＋ｈｆｅｍｉｎ）＋Ｘ＋１）／ｈ
ｆｅｍｉｎに等しく、ｎはマスタ・トランジスタの電
流密度に対するダイオード接続されたトランジスタのエ
ミッタ電流密度の比であり、Ｘはマスタ・トランジスタ
のコレクタ電流に対するスレーブ・トランジスタの全コ
レクタ電流の比であり、ｈｆｅｍｉｎは電流ミラー回
路の複数のトランジスタの最小電流利得である、電流源回路。