JPH0846451A - 定電流発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力電流の立下げ時にも時定数を持たせるこ
とが可能な定電流発生回路を提供する。 【構成】 カレントミラー回路１３を負荷としかつ位相
補償用のコンデンサＣを有する差動アンプ１０を用いて
一定電圧Ｖ０を発生させ、この一定電圧Ｖ０を抵抗Ｒ０
によって電流変換して定電流Ｉ０を発生する定電流発生
回路において、差動対トランジスタＱ３，Ｑ４の各々と
ベースが共通接続された他の差動対トランジスタＱ１
０，Ｑ１１を設け、その一方（Ｑ１１）のコレクタを差
動対トランジスタＱ３，Ｑ４の一方（Ｑ３）のコレクタ
に接続しかつ他方（Ｑ１０）のコレクタを接地するとと
もに、定電流源１５から差動アンプ１０の定電流源１２
の電流Ｉ１の２倍の電流Ｉ２を、スイッチ１４によって
選択的に差動対トランジスタＱ１０，Ｑ１１のエミッタ
共通接続点に供給する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定電流発生回路に関
し、特に差動アンプを用いて一定電圧を発生させ、この
一定電圧を抵抗によって電流変換して定電流を発生する
定電流発生回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の定電流発生回路として、
図２に示す回路構成のものが知られている。図２におい
て、Ｖcc電源と接地（ＧＮＤ）間に、抵抗Ｒ０及びトラ
ンジスタＱ１が直列に接続されている。このトランジス
タＱ１は、マルチエミッタトランジスタＱ２とベースが
共通に接続されてカレントミラー回路を構成している。
トランジスタＱ１のコレクタと抵抗Ｒ０の共通接続点Ａ
は、差動アンプ２０の非反転（＋）入力端に接続されて
いる。差動アンプ２０の反転（−）入力端には、一定電
圧Ｖbgr が印加されている。差動アンプ２０は、制御端
子２１を介して印加される制御電圧ＶｃによってＯＮ／
ＯＦＦ制御される。差動アンプ２０の出力端はトランジ
スタＱ１のベースに接続されている。

【０００３】上記の回路構成において、差動アンプ２０
がＯＮ状態のときには、抵抗Ｒ０に電流が流れることに
よって抵抗Ｒ０の両端に電圧Ｖ０が発生する。そして、
この電圧Ｖ０は差動アンプ２０の負帰還によって一定電
圧Ｖbgr と等しくなる。このとき、トランジスタＱ１か
らマルチエミッタトランジスタＱ２へのカレントミラー
の折り返しにより、マルチエミッタトランジスタＱ２の
コレクタ電流として一定の出力電流Ｉ０が発生する。こ
こで、マルチエミッタトランジスタＱ２のエミッタ数を
Ｎとすると、出力電流Ｉ０は、

【数１】 Ｉ０＝（Ｖ０／Ｒ０）×Ｎ＝（Ｖbgr ／Ｒ０）×Ｎ なる式で与えられる電流値となる。

【０００４】図３は、図２における差動アンプ２０の回
路構成を具体的に示した回路図であり、図中、図２と同
等部分には同一符号を付して示してある。図３から明ら
かなように、差動アンプ２０は、各エミッタが抵抗Ｒ
１，Ｒ２を介して接続されて差動動作をなす差動対トラ
ンジスタＱ３，Ｑ４と、抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続点と
Ｖcc電源間に接続された電流源２２と、差動対トランジ
スタＱ３，Ｑ４の各コレクタと接地間に配されたカレン
トミラー回路２３と、トランジスタＱ４のコレクタにベ
ースが接続された出力トランジスタＱ９とを基本要素と
して備えた回路構成となっている。

【０００５】カレントミラー回路２３は、差動対トラン
ジスタＱ３，Ｑ４の各々とコレクタが共通に接続されか
つ互いのベースが共通に接続されたトランジスタＱ５，
Ｑ６と、これらトランジスタＱ５，Ｑ６の各エミッタと
接地間にそれぞれ接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４と、Ｖcc電
源とトランジスタＱ５，Ｑ６のベース共通接続点との間
に接続されかつベースがトランジスタＱ３のコレクタに
接続されたトランジスタＱ７とから構成されている。

【０００６】差動対トランジスタＱ３，Ｑ４の一方のト
ランジスタＱ３のベースと他方のトランジスタＱ４のコ
レクタとの間には、位相補償のためのコンデンサＣが接
続されている。また、他方のトランジスタＱ４のコレク
タと接地間には、制御端子２１を介して供給される制御
電圧Ｖｃをベース入力とするトランジスタＱ１２が接続
されている。出力トランジスタＱ９のコレクタは電源Ｖ
ccに接続され、そのエミッタはトランジスタＱ１のベー
スに接続され、さらに抵抗Ｒ６を介して接地されてい
る。

【０００７】次に、上記構成の従来の定電流発生回路の
回路動作について説明する。この従来回路では、制御電
圧Ｖｃが３Ｖｆ（Ｖｆはトランジスタのベース・エミッ
タ間順方向電圧）の電位になると、回路全体がＯＮし、
出力電流Ｉ０が立上がり、定電流を発生するようになっ
ている。

【０００８】先ず、出力電流Ｉ０が立ち上がる前の状態
を考える。この状態では、Ｖｃ＝０〔Ｖ〕であり、トラ
ンジスタＱ１２のエミッタ電位はＶｆである。そのた
め、出力トランジスタＱ９及びカレントミラー回路２３
の各トランジスタＱ５〜Ｑ７がＯＦＦ状態にあり、これ
に伴いトランジスタＱ１，Ｑ２もＯＦＦしている。した
がって、差動アンプとして働いていないので、トランジ
スタＱ３のベースはＶcc電源の電源電圧（以下、単にＶ
ccと記す）の電位にあり、抵抗Ｒ０の両端電圧Ｖ０は０
〔Ｖ〕である。そのため、定電流源２２の電流Ｉ１は全
て、トランジスタＱ４を通ってトランジスタＱ１２のエ
ミッタに流れ込んでいる。

【０００９】ここで、Ｖｃ＝３Ｖｆとすると、出力トラ
ンジスタＱ９がＯＮし、これに伴ってトランジスタＱ
１，Ｑ２もＯＮし、出力トランジスタＱ９のベース電位
が２Ｖｆとなる。トランジスタＱ１２のベース電位は３
Ｖｆなので、トランジスタＱ１２はＯＦＦ状態となる。
すると、今までトランジスタＱ１２のエミッタに流れ込
んでいた電流Ｉ１はコンデンサＣに流れ込むことになる
ので、トランジスタＱ３のベース電位が徐々に下がり始
め、これに伴って抵抗Ｒ０の両端に電圧Ｖ０が発生し始
める。

【００１０】すると、抵抗Ｒ０に電流が流れ始めるの
で、これに伴って出力電流Ｉ０も流れ始める。そして、
Ｖ０＝Ｖbgr になると、差動アンプ２０の負帰還が完全
に働くので、抵抗Ｒ０の両端電圧Ｖ０が一定になり、出
力電流Ｉ０は定電流になる。このとき、出力電流Ｉ０
は、その立上り時に、

【数２】Ｔ＝（Ｃ×Ｖbgr ）／Ｉ１ なる式で与えられる時定数Ｔを持つ。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の定電流発生回路においては、出力電流Ｉ０の立
下げ時は時定数を持たない。すなわち、前述の状態から
引き続き制御電圧Ｖｃを０〔Ｖ〕にすると、コンデンサ
Ｃの電荷はトランジスタＱ１２を介して一気に放電され
るので、抵抗Ｒ０の両端電圧Ｖ０は０〔Ｖ〕になり、ト
ランジスタＱ３のベース電位はＶccの電位となる。その
ため、出力電流Ｉ０も時定数を持たずに一気に０にな
る。

【００１２】このように、出力電流Ｉ０が立下げ時に時
定数を持たない従来の定電流発生回路を、例えばフロッ
ピー・ディスクのドライブ回路において、消去ヘッドの
コイルに流す一定の消去電流を発生するための回路とし
て用いた場合に、出力電流Ｉ０が急激に立ち下がること
によってコイルに高周波成分が発生し、この高周波成分
が書込みヘッドに悪影響を及ぼすという問題があった。

【００１３】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、出力電流の立下げ時
にも時定数を持たせることが可能な定電流発生回路を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による定電流発生
回路は、カレントミラー回路を負荷としかつ差動対トラ
ンジスタの一方のトランジスタのベースと他方のトラン
ジスタのコレクタとの間にコンデンサが接続されてなる
差動アンプを有し、この差動アンプにて一定電圧を発生
させかつこの一定電圧を抵抗にて電流変換して定電流を
発生する定電流発生回路であって、差動アンプの差動対
トランジスタの各々とベースが共通に接続されるととも
に、一方のトランジスタのコレクタがその差動対トラン
ジスタの一方のトランジスタのコレクタに接続されかつ
他方のトランジスタのコレクタが基準電位点（例えば、
接地）に接続された他の差動対トランジスタと、差動ア
ンプの定電流源の電流の２倍の電流を供給する定電流源
と、この定電流源の電流を選択的に他の差動対トランジ
スタのエミッタ共通接続点に供給するスイッチとを備え
ている。

【００１５】

【作用】上記構成の定電流発生回路において、スイッチ
のＯＦＦにて出力電流が流れている状態では、差動アン
プが働いているので、差動対トランジスタの各ベース電
位は釣り合っており、定電流源からの電流は差動対トラ
ンジスタに半分ずつ流れ、各々カレントミラー回路の各
トランジスタに流れ込んでいる。この状態から、スイッ
チをＯＮすると、他の差動対トランジスタの各ベースが
同電位であることから、定電流源からの電流が他の差動
対トランジスタに半分ずつ流れ、この他の差動対トラン
ジスタの一方のトランジスタに流れる電流はカレントミ
ラー回路の一方のトランジスタに流れ込む。

【００１６】すると、カレンミラーとして釣り合うため
に、カレントミラー回路の他方のトランジスタは、一方
のトランジスタに流れ込んだ分の電流を吸い込む。この
電流はコンデンサから引き抜かれる。したがって、コン
デンサの電荷は放電され、抵抗の両端電圧は徐々に小さ
くなる。それに伴って出力電流も徐々に少なくなる。そ
して、ついには抵抗の両端電圧が０になり、差動アンプ
における差動対トランジスタの一方のトランジスタのベ
ース電位が電源電圧まで上がりきると、出力電流は０と
なる。このとき、出力電流は、回路内で設定される一定
電圧、一定電流及びコンデンサの容量値で決まる時定数
を持つ。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明による定電流発生回路の一
実施例を示す回路図である。図１において、Ｖcc電源と
基準電位点である接地（ＧＮＤ）との間には、抵抗Ｒ０
及びトランジスタＱ１が直列に接続されている。このト
ランジスタＱ１は、回路出力端子１１と接地間に接続さ
れたマルチエミッタトランジスタＱ２とともに、ベース
が共通に接続されてカレントミラー回路を構成してい
る。本実施例では、マルチエミッタトランジスタＱ２の
エミッタ数Ｎが２個の場合を例にとって示している。

【００１９】トランジスタＱ１のコレクタ及び抵抗Ｒ０
の共通接続点Ａは、第１の差動対トランジスタＱ３，Ｑ
４の一方のトランジスタＱ３のベースに接続されてい
る。他方のトランジスタＱ４のベースには、一定電圧Ｖ
bgr が印加されている。この第１の差動対トランジスタ
Ｑ３，Ｑ４の各エミッタは、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して共
通に接続され、さらに一定の電流Ｉ１を供給する定電流
源１２を介してＶcc電源に接続されている。

【００２０】この第１の差動対トランジスタＱ３，Ｑ４
の一方のトランジスタＱ３のコレクタと接地間には、ト
ランジスタＱ５及び抵抗Ｒ３が直列に接続されている。
同様に、他方のトランジスタＱ４のコレクタと接地間に
は、トランジスタＱ６及び抵抗Ｒ４が直列に接続されて
いる。このトランジスタＱ５，Ｑ６は、各々のベースが
共通に接続されており、その共通接続点とＶcc電源間に
接続されたトランジスタＱ７とともに、カレントミラー
回路１３を構成している。

【００２１】このカレントミラー回路１３において、ト
ランジスタＱ７のベースは、第１の差動対トランジスタ
Ｑ３，Ｑ４の一方のトランジスタＱ３のコレクタに接続
されている。また、このトランジスタＱ３のコレクタに
はトランジスタＱ８のベースが接続されている。このト
ランジスタＱ８のコレクタはＶcc電源に接続され、その
エミッタは抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ６のコレク
タに接続されている。上述した第１の差動対トランジス
タＱ３，Ｑ４、定電流源１２及びカレントミラー回路１
３などにより、差動アンプ１０が構成されている。

【００２２】第１の差動対トランジスタＱ３，Ｑ４にお
いて、一方のトランジスタＱ３のベースと他方のトラン
ジスタＱ４のコレクタとの間には、コンデンサＣが接続
されている。このコンデンサＣは、位相補償を行うこと
によって回路の発振を防止するともに、出力電流Ｉ０の
立上り、立下り時の時定数を決定するためのものであ
る。また、他方のトランジスタＱ４のコレクタには、ト
ランジスタＱ８のベースが接続されている。このトラン
ジスタＱ９のコレクタはＶcc電源に接続され、そのエミ
ッタはトランジスタＱ１のベースに接続されているとと
もに、抵抗Ｒ６を介して接地されている。

【００２３】第１の差動対トランジスタＱ３，Ｑ４に加
えて、第２の差動対トランジスタＱ１０，Ｑ１１が設け
られている。この第２の差動対トランジスタＱ１０，Ｑ
１１の各エミッタは、抵抗Ｒ７，Ｒ８を介して共通接続
され、さらにスイッチ１４及び一定の電流Ｉ２を供給す
る定電流源１５を介してＶcc電源に接続されている。こ
こで、定電流源１５の電流Ｉ２は、定電流源１２の電流
Ｉ１に対してＩ２＝２Ｉ１に設定されている。

【００２４】この第２の差動対トランジスタＱ１０，Ｑ
１１において、一方のトランジスタＱ１０のベースは第
１の差動対トランジスタＱ３，Ｑ４の一方のトランジス
タＱ３のベースに接続され、そのコレクタは接地されて
いる。他方のトランジスタＱ１１のベースは第１の差動
対トランジスタＱ３，Ｑ４の他方のトランジスタＱ４の
ベースに接続され、そのコレクタはトランジスタＱ７の
ベースに接続されている。

【００２５】次に、上記構成の回路動作について説明す
る。先ず、立上げ時の動作について説明する。当初、ス
イッチ１４がＯＮ（閉成）にて出力電流Ｉ０が流れない
状態にある。このとき、差動アンプ１０は非作動状態に
あるので、抵抗Ｒ０の両端電圧Ｖ０は０〔Ｖ〕、トラン
ジスタＱ３のベース電位はＶccと同電位である。また、
トランジスタＱ４のベース電位は、Ｖcc−Ｖbgr の電位
である。そのため、定電流源１２の電流Ｉ１は全てトラ
ンジスタＱ４を通ってトランジスタＱ６のコレクタに流
れ込む。

【００２６】一方、定電流源１５の電流Ｉ２は全てトラ
ンジスタＱ１１を通ってトランジスタＱ５のコレクタ及
びトランジスタＱ７，Ｑ８の各ベースに流れ込む。ここ
で、トランジスタＱ５，Ｑ６はカレントミラー回路を構
成していることから、各々のコレクタ電流が等しくなる
ため、トランジスタＱ５にＩ２（＝２Ｉ１）の電流が流
れ込んだことに伴い、トランジスタＱ６も２Ｉ１の電流
を引き込もうとする。しかし、トランジスタＱ４から流
れ込む電流はＩ１だけなので、残りのＩ１分の電流はト
ランジスタＱ８を通して引き込まれる。その結果、回路
的に釣り合うことになる。この状態が初期状態である。

【００２７】この初期状態において、スイッチ１４をＯ
ＦＦ（開放）すると、定電流源１５から電流Ｉ２が供給
されなくなるため、トランジスタＱ５〜Ｑ８がＯＦＦ状
態となる。すると、トランジスタＱ４からトランジスタ
Ｑ６へ供給されていた電流Ｉ１が全てコンデンサＣに流
れ込む。これにより、コンデンサＣが充電されるため
に、トランジスタＱ３のベース電位はＶccから下降し始
め、これに伴い出力電流Ｉ０が流れ始める。このトラン
ジスタＱ３のベース電位が下がるにつれ、差動アンプ１
０が働き始め、負帰還もかかり始める。

【００２８】そして、トランジスタＱ３のベース電位が
Ｖcc−Ｖbgr （Ｖ０＝Ｖbgr)になると、負帰還の働きで
安定し、出力電流Ｉ０は定電流になる。このとき、出力
電流Ｉ０は、

【数３】Ｔ＝（Ｃ×Ｖbg）／Ｉ１ で与えられる時定数Ｔを持つ。このようにして、出力電
流Ｉ０の立上げに時定数Ｔを持たせることができ、その
変化はリニアになる。また、この立上がりのスピード
は、コンデンサＣの容量値によって任意に設定できる。

【００２９】次に、立下げ時の動作について説明する。
当初、スイッチ１４がＯＦＦにて出力電流Ｉ０が流れて
いる状態にある。この状態では、差動アンプ１０が働い
ているので、トランジスタＱ３のベースとトランジスタ
Ｑ４のベースはＶcc−Ｖbgrの電位で釣り合っている。
そのため、定電流源１２の電流Ｉ１はトランジスタＱ３
とトランジスタＱ４にＩ１／２ずつ流れ、それぞれトラ
ンジスタＱ５，Ｑ６の各コレクタへ流れ込んでいる。ま
た、スイッチ１４がＯＦＦなので、第２の差動対トラン
ジスタＱ１０，Ｑ１１もＯＦＦ状態となっている。

【００３０】この状態において、スイッチ１４をＯＮす
ると、第２の差動対トランジスタＱ１０，Ｑ１１の各ベ
ースが同電位であることから、トランジスタＱ１０，Ｑ
１１にはＩ２／２（＝Ｉ１）ずつ電流が流れる。そし
て、トランジスタＱ１１に流れる電流は、トランジスタ
Ｑ５のコレクタに流れ込む。すると、トランジスタＱ５
へは、Ｉ１＋Ｉ１／２の電流が流れ込むことになる。一
方、トランジスタＱ６へは元々Ｉ１／２の電流しか流れ
ていないことから、電流ミラーとして釣り合うためには
トランジスタＱ６はさらにＩ１分だけ電流を吸い込む。

【００３１】このとき、この電流Ｉ１はコンデンサＣか
ら引き抜かれることになる。これにより、コンデンサＣ
の電荷が放電し始めるため、抵抗Ｒ０の両端電圧Ｖ０は
徐々に小さくなり、それにつれて出力電流Ｉ０も徐々に
少なくなる。そして、ついにはＶ０＝０となり、トラン
ジスタＱ３のベース電位がＶccまで上がりきると、Ｉ０
＝０となる。このとき、出力電流Ｉ０は数３の式で与え
られる立上げ時と同じ時定数Ｔを持つ。

【００３２】ところで、第１の差動対トランジスタＱ
３，Ｑ４には当初各々Ｉ１／２の電流が流れているが、
トランジスタＱ３のベース電位が上がると、トランジス
タＱ３に流れる電流が減少し、トランジスタＱ４に流れ
る電流が増す。第２の差動対トランジスタＱ１０，Ｑ１
１についても同様である。そのため、トランジスタＱ３
の電流の減少分とトランジスタＱ１１の電流の増加分が
同一でないと、コンデンサＣから引き抜く電流の値がＩ
１で一定にならなくなってしまう。この引き抜く電流が
一定でないと、出力電流Ｉ０の立下がりが線形になら
ず、所望の時定数が得られないことになる。

【００３３】そこで、本実施例においては、第１の差動
対トランジスタＱ３，Ｑ４の相互コンダクタンスＧｍ
_3,4(Ｑ３，Ｑ４の相互コンダクタンスｇ_m ) を、第２の
差動対トランジスタＱ１０，Ｑ１１の相互コンダクタン
スＧｍ_10,11(Ｑ１０，Ｑ１１の相互コンダクタンス
ｇ_m ）に対して次式の関係を満足するように設定する。

【数４】Ｇｍ_3,4 ＝２Ｇｍ_10,11 以上により、出力電流Ｉ０の立下げ時にも立上げ時と同
様な時定数を持たせることができるとともに、その出力
電流Ｉ０の立下げ時の変化を線形にすることができる。

【００３４】上述したように、出力電流Ｉ０の立下げ時
にも時定数を持たせることが可能な定電流発生回路を、
例えばフロッピー・ディスクのドライブ回路において、
消去ヘッドのコイルに流す一定の消去電流を発生するた
めの回路として用いた場合、消去電流が時定数を持って
徐々に立ち下がることにより、消去ヘッドのコイルに高
周波成分が発生することはないので、この高周波成分に
起因する書込みヘッドに対する悪影響を未然に防止でき
ることになる。また、消去電流の立上げ、立下げの時定
数については、コンデンサＣの容量値などのパラメータ
によって任意に設定できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
差動アンプを用いて一定電圧を発生させ、この一定電圧
を抵抗によって電流変換して定電流を発生する定電流発
生回路において、差動アンプの差動対トランジスタの各
々とベースが共通に接続された他の差動対トランジスタ
を設け、その一方のトランジスタのコレクタを差動アン
プ側の差動対トランジスタの一方のトランジスタのコレ
クタに接続しかつ他方のトランジスタのコレクタを基準
電位点に接続するとともに、定電流源から差動アンプの
定電流源の電流の２倍の電流を、スイッチによって選択
的に他の差動対トランジスタのエミッタ共通接続点に供
給する構成としたので、出力電流の立上げ及び立下げ時
に時定数を持たせることができることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による定電流発生回路の一実施例を示す
回路図である。

【図２】定電流発生回路の従来例を示す回路図である。

【図３】従来例の具体的な回路構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１０，２０ 差動アンプ １２，１５，２１ 定電流源 １３，２２ カレントミラー回路 １４ スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 慎一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カレントミラー回路を負荷としかつ差動
   対トランジスタの一方のトランジスタのベースと他方の
   トランジスタのコレクタとの間にコンデンサが接続され
   てなる差動アンプを有し、前記差動アンプにて一定電圧
   を発生させかつこの一定電圧を抵抗によって電流変換し
   て定電流を発生する定電流発生回路であって、 前記差動アンプの差動対トランジスタの各々とベースが
   共通に接続されるとともに、一方のトランジスタのコレ
   クタが前記差動対トランジスタの一方のトランジスタの
   コレクタに接続されかつ他方のトランジスタのコレクタ
   が基準電位点に接続された他の差動対トランジスタと、 前記差動アンプの定電流源の電流の２倍の電流を供給す
   る定電流源と、 前記定電流源の電流を選択的に前記他の差動対トランジ
   スタのエミッタ共通接続点に供給するスイッチとを備え
   たことを特徴とする定電流発生回路。
2. 【請求項２】 前記差動アンプの差動対トランジスタの
   相互コンダクタンスは、前記他の差動対トランジスタの
   相互コンダクタンスの２倍に設定されていることを特徴
   とする請求項１記載の定電流発生回路。