JPH0736496B2 - 半導体回路 - Google Patents

半導体回路

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JPH0736496B2
JPH0736496B2 JP62140995A JP14099587A JPH0736496B2 JP H0736496 B2 JPH0736496 B2 JP H0736496B2 JP 62140995 A JP62140995 A JP 62140995A JP 14099587 A JP14099587 A JP 14099587A JP H0736496 B2 JPH0736496 B2 JP H0736496B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は半導体回路に関し、特に低電圧動作が可能で
ありしかもトランジスタのβ依存性が少ないカレントミ
ラー回路の構成に適した半導体回路に関する。
(従来の技術) 第5図は従来の典型的なカレントミラー回路を示すもの
で、NPNトランジスタT1、T2のそれぞれのエミッタが接
地端子に共通接続され、またそれぞれのベースが相互接
続されると共に、一方のトランジスタT1のベースおよび
コレクタが相互接続された構成になっている。トランジ
スタT1、T2のβが同一値で、このβが無限大の値を有す
るような理想状態では、トランジスタT2のコレクタ電流
すなわち出力電流I outの値はトランジスタT1のコレク
タに供給され入力電流I inの同一値となる。しかしなが
ら、実際にはトランジスタT1、T2のβは有限の値である
ため、以下の式から明らかのように出力電流I outの値
はβに依存し、入力電流I inの値と等しくなくなる。
トランジスタT1のコレクタ電流をI c1、ベース電流をI
b1とし、トランジスタT2のコレクタ電流をI c2、ベース
電流をI b2とすると、入力電流I inは、 I in=I c1+I b1+I b2=I c1+2・I c1/β となる。ここで、βはNPNトランジスタT1、T2のエミ
ッタ接地電流増幅率である。したがって、出力電流I ou
tは、 I out=I c2=I c1=I in/{1+(2/β)} となる。βの値を350、70、20、10とした場合のI out
とI inとの関係は以下のように成る。
I out=0.9943・I in(β=350) =0.9722・I in(β=70) =0.9091・I in(β=20) =0.8333・I in(β=10) このように、出力電流I outと入力電流I inとの関係は
βに大きく依存する。
このようなβ依存性を改善した回路としては、特公昭
49−12939号明細書に記載されている回路が知られてい
る。この回路を第6図に示す。第6図の回路はトランジ
スタT1のコレクタとベースを直接接続する代わりに、NP
NトランジスタT3を設け、このトランジスタT3のベース
をトランジスタT1のコレクタに、またそのエミッタをト
ランジスタT1とT2の共通ベースに接続したものであり、
トランジスタQ3のコレクタ電流を利用して前述のβ依存
性を改善している。
すなわち、第6図の回路における入力電流I inと出力電
流I outとの関係は、 I 0ut=I in・{1+(2/βN 2)} で与えられ、第5図と同様にβの値を350、70、20、1
0とすると、 I out=0.9999・I in(β=350) I out=0.9996・I in(β=70) I out=0.9950・I in(β=20) I out=0.9804・I in(β=10) となる。以上の計算値より明らかなように、第6図の回
路では第5図の回路に比べβ依存性をかなり減少するこ
とが可能となる。しかしながら、第5図においてはI in
入力端子電圧がトランジスタT1のベース・エミッタ間電
圧V bel≒0.7Vであったのに対し、第6図においては、I
in入力端子電圧がトランジスタT1のベース・エミッタ
間電圧V belとトランジスタT3のベース・エミッタ間電
圧V be3との和、すなわちV be1+V be3≒1.4Vとなり、
低電圧動作においてはむしろ劣る欠点がある。
(発明が解決しようとする問題点) この発明は前記のような点に鑑みなされたもので、従来
の回路ではβ依存性を少なくすると低電圧動作が困難と
なる点を改善し、トランジスタのβ依存性を少なくして
入出力電流間の電流誤差を削減でき、しかも充分に低電
圧動作が可能な半導体回路を提供することを目的とす
る。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明による半導体回路にあっては、入力電流を供給
する入力電流供給手段と、この入力電流供給手段からの
電流がコレクタに供給され、エミッタが第1の電源電位
供給端子に結合している第1極性の第1のトランジスタ
とエミッタが前記第1の電源電位供給端子に結合され、
ベースおよびコレクタが前記第1のトランジスタのベー
スに接続されている第1極性の第2のトランジスタと、
コレクタが第1の電流出力端子に接続され、エミッタが
前記第1の電源電位供給端子に結合され、ベースが前記
第1および第2のトランジスタの共通ベースに接続され
ている第1極性の第3のトランジスタと、前記第1のト
ランジスタのコレクタにベースが結合され、エミッタが
前記第1の電源電位供給端子に結合されている第1極性
の第4のトランジスタと、ベースおよびコレクタが前記
第4のトランジスタのコレクタに接続され、エミッタが
第2の電源電位供給端子に結合された第2極性の第5の
トランジスタと、コレクタが前記第1乃至第3のトラン
ジスタの共通ベースに接続され、ベースが前記第5のト
ランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第2の
電源電位供給端子に結合された第2極性の第6のトラン
ジスタと、コレクタが第2の電流出力端子に接続され、
ベースが前記第5および第6のトランジスタの共通ベー
スに接続され、エミッタが前記第2の電源電位供給端子
に結合された第2極性の第7のトランジスタとを具備す
ることを第1の特徴とする。
また、この発明による半導体回路にあっては、第1およ
び第2の電流入力端子と、第1および第2の電流出力端
子と、入力電流を前記第1および第2の電流入力端子に
それぞれ供給する第1および第2の入力電流供給手段
と、コレクタが前記第1の電流入力端子に結合され、エ
ミッタが第1の電源電位供給端子に結合している第1極
性の第1のトランジスタと、コレクタが前記第1の電流
出力端子に接続され、ベースが前記第1のトランジスタ
のベースに接続されている第1極性の第2のトランジス
タと、前記第1のトランジスタのコレクタにベースが結
合され、エミッタが前記第1の電源電位供給端子に結合
されている第1極性の第3のトランジスタと、この第3
のトランジスタのコレクタに入力側端子が接続され、出
力側端子が前記第1および第2のトランジスタの共通ベ
ースに接続され、前記第3のトランジスタのコレクタ電
流に比例した電流を第2の電源電位供給端子から前記第
1および第2のトランジスタの共通ベースに供給する第
1のカレントミラー回路と、前記第1および第2のトラ
ンジスタの共通ベースと前記第1の電源電位供給端子と
の間に挿入された第1の電流源と、コレクタが前記第2
の電流入力端子に結合され、エミッタが前記第1の電源
電位供給端子に結合している第1極性の第4のトランジ
スタと、コレクタが前記第2の電流出力端子に接続さ
れ、ベースが前記第4のトランジスタのベースに接続さ
れている第1極性の第5のトランジスタと、前記第4の
トランジスタのコレクタにベースが結合され、エミッタ
が前記第1の電源電位供給端子に結合されている第1極
性の第6のトランジスタと、この第6のトランジスタの
コレクタに入力側端子が接続され、出力側端子が前記第
4および第5のトランジスタの共通ベースに接続され、
前記第6のトランジスタのコレクタ電流に比例した電流
を第2の電源電位供給端子から前記第4および第5のト
ランジスタの共通ベースに供給する第2のカレントミラ
ー回路と、前記第4および第5のトランジスタの共通ベ
ースと前記第1の電源電位供給端子との間に挿入された
第2の電流源と、前記第2および第5のトランジスタの
エミッタと前記第1の電源電位供給端子と間に挿入され
た△型またはY型の負荷回路と、前記第1の電流入力端
子に入力信号電圧に対応する交流信号電流を供給する手
段とを具備し、前記入力信号電圧に対応した第1および
第2の異なる電流出力を前記第1および第2の電流出力
端子から発生できることを第2の特徴とする。
(作用) 第1発明の半導体回路においては、第4トランジスタ、
第5トランジスタ、第2トランジスタ、第1トランジス
タ、および第4トランジスタにより帰還ループを構成す
ることで、NPN,PNP両極性のβ補償を実現でき、ゲイン
低下しがちなアナログ集積回路において、電流誤差の低
減および動作電圧の低電圧化を達成しつつ、十分な2つ
の電流出力値を得る事ができる。また、第2発明の半導
体回路においては、△型またはY型回路の負荷の調整な
どによって同一入力信号に対して2つの電流出力を、互
いに相補な差動出力として取り出すことが可能となる。
この差動出力はアンプを容易に構成できるなど、各種ア
ナログ回路に有効利用できる。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
第1図はこの発明の一実施例に係わる半導体回路を示す
もので、NPNトランジスタQ1とNPNトランジスタQ2のベー
スは相互接続されており、トランジスタQ1のコレクタに
は入力電流I inが供給され、トランジスタQ2のコレクタ
が出力電流I outの取出し端子となっている。トランジ
スタQ1およびQ2の各エミッタは、抵抗R1およびR2をそれ
ぞれ介して接地端子に接続されている。また、トランジ
スタQ1のコレクタにはNPNトランジスタQ3のベースが接
続されており、トランジスタQ3のエミッタは接地端子
に、またそのコレクタはPNPトランジスタQ4のコレクタ
に接続されている。このトランジスタQ4のコレクタおよ
びベースは相互接続され、またトランジスタQ4のベース
にはPNPトランジスタQ5のベースが接続されている。さ
らに、トランジスタQ4とQ5の各エミッタは電源Vcc端子
に共通に接続されている。したがって、トランジスタQ4
とQ5とによって、カレントミラー回路11が構成される。
そして、PNPトランジスタQ5のコレクタはトランジスタQ
1とQ2の共通ベースに接続されている。
このような構成の回路にあっては、トランジスタQ1のコ
レクタ電流I c1に比例した電流がトランジスタQ3、およ
びカレントミラー回路11の介して、トランジスタQ1とQ2
の共通ベースに流れることにより、入力電流I inと出力
電流I outとの間の電流値誤差を充分に小さくすること
ができる。
この回路における入力電流I inと出力電流I outとの関
係式は次のように与えられる。
トランジスタQ1〜Q5のコレクタ電流をそれぞれI c1〜I
c5、ベース電流をI b1〜I b5とし、NPNトラジスタQ1〜Q
3の各電流増幅率をβ、PNPトランジスタQ4〜Q5の各電
流増幅率をβpとすると、入力電流I inは、 I in=I c1+I b3 =I c1+(1+2/βP)・(I c4/β) =I c1+(1+2/βP)・(2I c1/βN 2) となるので、出力電流I outは、 となる。したがって、βの値を350、70、20、10とし
た場合のI outとI inとの関係は以下のように成る I out=0.9999・I in(β=350) I out=0.9995・I in(β=70) I out=0.9940・I in(β=20) I out=0.9766・I in(β=10) 以上の計算値は、βPの最悪値βP=10とした場合であ
る。この計算結果から明らかなように、この回路は第6
図とほぼ同様のβ補償特性が得られる。しかも、前述の
ように、トランジスタQ3のエミッタは接地端子に接続さ
れているので、I inの入力端子の電圧はトランジスタQ3
のベース・エミッタ間電圧V be3すなわち0.7V程度とな
り、従来に比し低電圧動作が可能となる。
第2図はこの発明の第2の実施例を示すもので、1つの
電流入力に対して2つの電流出力を得る構成である。こ
の回路では前述した第1図の回路に加え、別のNPNトラ
ンジスタQ6、およびPNPトランジスタQ7を電流取出し用
としてそれぞれ設け、トランジスタQ6のコレクタを第1
の出力電流I out1の取出し端子とし、トランジスタQ7の
コレクタを第2の出力電流I out2の取出し端子としてい
る。
すなわち、NPNトランジスタQ6のベースはNPNトランジス
タQ1とQ2の共通ベースに接続され、トランジスタQ2のベ
ースとコレクタが相互接続されている。また、PNPトラ
ンジスタQ7のベースもトランジスタQ4とQ5の共通ベース
に接続されている。したがって、NPNトランジスタQ1、Q
2、Q6により第1のカレントミラー回路21が構成され、P
NPトランジスタQ4、Q5およびQ7により第2のカレントミ
ラー回路22が構成される。つまり第2図の回路ではトラ
ンジスタQ3→カレントミラー回路22→カレントミラー回
路21→トランジスタQ3の帰還ループを形成し、これによ
りNPN、PNP両極性のβ補償を1つのループで実現して、
第1と出力電流I out1と第2の出力電流I out2とのバラ
ンスを取っている。
第1および第2の出力電流I out1、I out2と入力電力I
inとの関係は次式で与えられる。
ここで、最悪値としてβ=70、βP=10とすると、 I out1=0.9810・I in I out2=1.0230・I in となり、第1および第2の出力電流ともにβ依存性が少
ない回路が実現できる。また、第2の出力電流I out2の
値は入力電流I inよりも大きくなるので、一般にβ
小さいことによってゲイン低下しがちな半導体集積回路
において第2図の回路は非常に有効である。
第3図はこの発明の第3の実施例を示すもので、電圧−
電流交換(V−I変換)回路の構成例である。V−I変
換回路を構成するには、第1図に示した回路のトランジ
スタQ3のベースに、抵抗とキャパシタの直列接続を介し
て交流電圧源V inを接続すればよいが、単にこのような
接続をしただけでは、電流入力端子の交流インピーダン
スが大きいことから歪みの大きなV−I変換回路となっ
てしまう。そこで、第3図の回路では、トランジスタQ1
とQ2の共通ベースと、接地端子との間に電流源I oを設
け、これによってトランジスタQ3のコレクタ電流がI o
にほぼ等しくなくるようにし、電流入力端子における交
流インピーダンスを充分に小さく設定したものである。
このような構成のV−I変換回路では、入力電流の変動
に伴うトランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧V be3
の変動が抑えられるので、線形性にすぐれたV−I変換
回路が得られる。
第4図は第3図に示したV−I変換回路を2個用い、各
回路における電流出力用のトランジスタQ2、Q2′のエミ
ッタを抵抗で相互接続して差動増幅器を構成した例であ
る。第4図においては、抵抗とキャパシタの直列接続を
介して交流電圧源を一方の回路の電流入力端子に供給
し、その電圧信号に応じた第1および第2の電流出力を
それぞれトランジスタQ2、Q2′のコレクタから取出して
いる。この場合、トランジスタQ2のコレクタ電流とトラ
ンジスタQ2′のコレクタ電流との関係は、抵抗R10とR2
とR2′の抵抗比で決定され、1つの入力信号に対して値
の異なる2つの出力電流を得ることができる。
また、抵抗R10、R2およびR2′より成るΔ型回路はΔ−
Y変換して、Y型回路としても同じ特性が得られること
はもちろんである。
尚、第4図に示したような差動増幅器構成は、第1図お
よび第2図にそれぞれ示した回路でも同様に実現でき
る。
[発明の効果] 以上のようにこの発明による半導体回路によれば、トラ
ンジスタのβ依存性を少なくして入出力電流間の電流誤
差を削減でき、しかも充分に低電圧動作が可能な半導体
回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図はそれぞれこの発明の一実施例に係わ
る半導体回路を説明する回路図、第5図および第6図は
それぞれ従来の半導体回路を説明する回路図である。 Q1,Q2,Q3,Q6……NPNトランジスタ、Q4,Q5,Q7……PNPト
ランジスタ、11,21,22……カレントミラー回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力電流を供給する入力電流供給手段と、 この入力電流供給手段からの電流がコレクタに供給さ
    れ、エミッタが第1の電源電位供給端子に結合している
    第1極性の第1のトランジスタと、 エミッタが前記第1の電源電位供給端子に結合され、ベ
    ースおよびコレクタが前記第1のトランジスタのベース
    に接続されている第1極性の第2のトランジスタと、 コレクタが第1の電流出力端子に接続され、エミッタが
    前記第1の電源電位供給端子に結合され、ベースが前記
    第1および第2のトランジスタの共通ベースに接続され
    ている第1極性の第3のトランジスタと、 前記第1のトランジスタのコレクタにベースが結合さ
    れ、エミッタが前記第1の電源電位供給端子に結合され
    ている第1極性の第4のトランジスタと、 ベースおよびコレクタが前記第4のトランジスタのコレ
    クタに接続され、エミッタが第2の電源電位供給端子に
    結合された第2極性の第5のトランジスタと、 コレクタが前記第1乃至第3のトランジスタの共通ベー
    スに接続され、ベースが前記第5のトランジスタのベー
    スに接続され、エミッタが前記第2の電源電位供給端子
    に結合された第2極性の第6のドランジスタと、 コレクタが第2の電流出力端子に接続され、ベースが前
    記第5および第6のトランジスタの共通ベースに接続さ
    れ、エミッタが前記第2の電源電位供給端子に結合され
    た第2極性の第7のトランジスタとを具備することを特
    徴とする半導体回路。
  2. 【請求項2】第1および第2の電流入力端子と、 第1および第2の電流出力端子と、 入力電流を前記第1および第2の電流入力端子にそれぞ
    れ供給する第1および第2の入力電流供給手段と、 コレクタが前記第1の電流入力端子に結合され、エミッ
    タが第1の電源電位供給端子に結合している第1極性の
    第1のトランジスタと、 コレクタが前記第1の電流出力端子に接続され、ベース
    が前記第1のトランジスタのベースに接続されている第
    1極性の第2のトランジスタと、 前記第1のトランジスタのコレクタにベースが結合さ
    れ、エミッタが前記第1の電源電位供給端子に結合され
    ている第1極性の第3のトランジスタと、 この第3のトランジスタのコレクタに入力側端子が接続
    され、出力側端子が前記第1および第2のトランジスタ
    の共通ベースに接続され、前記第3のトランジスタのコ
    レクタ電流に比例した電流を第2の電源電位供給端子か
    ら前記第1および第2のトランジスタの共通ベースに供
    給する第1のカレントミラー回路と、 前記第1および第2のトランジスタの共通ベースと前記
    第1の電源電位供給端子との間に挿入された第1の電流
    源と、 コレクタが前記第2の電流入力端子に結合され、エミッ
    タが前記第1の電源電位供給端子に結合している第1極
    性の第4のトランジスタと、 コレクタが前記第2の電流出力端子に接続され、ベース
    が前記第4のトランジスタのベースに接続されている第
    1極性の第5のトランジスタと、 前記第4のトランジスタのコレクタにベースが結合さ
    れ、エミッタが前記第1の電源電位供給端子に結合され
    ている第1極性の第6のトランジスタと、 この第6のトランジスタのコレクタに入力側端子が接続
    され、出力側端子が前記第4および第5のトランジスタ
    の共通ベースに接続され、前記第6のトランジスタのコ
    レクタ電流に比例した電流を第2の電源電位供給端子か
    ら前記第4および第5のトランジスタの共通ベースに共
    通する第2のカレントミラー回路と、 前記第4および第5のトランジスタの共通ベースと前記
    第1の電源電位供給端子との間に挿入された第2の電流
    源と、 前記第2および第5のトランジスタのエミッタと前記第
    1の電源電位供給端子との間に挿入された△型またはY
    型の負荷回路と、 前記第1の電流入力端子に入力信号電圧に対応する交流
    信号電流を供給する手段とを具備し、前記入力信号電圧
    に対応した第1および第2の異なる電流出力を前記第1
    および第2の電流出力端子から発生できるように構成し
    たことを特徴とする半導体回路。
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