JPH11506860A - 直流電流生成用回路配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力抵抗を介して伝達される測定電流が一方の入力に供給され、ベースエミッタ路が上記入力抵抗と並列に配置された電流源トランジスタにより構成され、上記電流源トランジスタのコレクタ電極により形成された出力に出力電流を生ずる電流源段と、上記電流源段の出力電流を、上記出力電流に応じて制御電圧が生ずる負荷インピーダンスにミラー反転させる電流ミラー段と、上記制御電圧が供給される制御入力と、上記制御電圧により同時に制御される少なくとも二つの出力とを有し、上記出力には相互に比例する電流が与えられ、一方の電流が上記測定電流を形成する電流バンクとからなり、直流電流を生成する回路配置が開示される。その結果として、非常に低い電源電圧、好ましくは、約０．９ボルトで使用可能であり、簡単であり、安定な動作挙動を示し、負の温度係数を有する基準電流を生成する電流基準が作成される。

Description

【発明の詳細な説明】 直流電流生成用回路配置 本発明は直流電流を生成する回路配置に関する。 バッテリ作動型装置に挿入される電子回路配置に対し、経済的及び生態学的な 理由から電力消費をできるだけ少なくすることが目標とされる。従って、動作時 に低電源電圧及び低電力消費で作動するように設計された電子回路がこのような バッテリ作動型装置に重要である。この点に関して、単一のバッテリセルだけに より与えられる電力電源は、電源電圧を増加する直流電圧変換器を無しで済ます ことが目標となる。上記条件下において、この方法で電圧が供給される電子回路 は、電源電圧の公称値が例えば１ボルトに設定されているとき、電源電圧が約０ ．９ボルトまで低下しても全く制限を生ずることなく動作可能な状態のままであ る。バイポーラトランジスタの場合に導通状態のベースエミッタ電圧が典型的に 約０．７ボルトであることを考慮すると、例えば、多数のトランジスタ回路は非 常に高い電源電圧でしか動作し得ないので、上記の用途のため特定の回路構成を 作成することが必要である。 多数の応用で電源電圧の変動とは無関係でなければならない電流基準として安 定化直流電流を有することが必要であり、そのため、例えば、バッテリにより生 じた電圧の異なる充電条件による変動は、給電された電子回路の機能に影響を与 えるべきではない。 本発明の目的は、非常に低い電源電圧、好ましくは、約０．９ボルトで使用可 能であり、簡単な構造を有し、安定な動作の挙動を示し、負の温度係数を備えた 基準電流を得られる、電流基準として使用可能な回路配置を提供することである 。 本発明によれば上記目的は直流電流を生成する回路により実現され、上記回路 は、 入力抵抗を介して伝達される測定電流が一方の入力に供給され、ベースエミッ タ路が上記入力抵抗と並列に配置された電流源トランジスタにより構成され、上 記電流源トランジスタのコレクタ電極により形成された出力に出力電流を生ずる 電流源段と、 上記電流源段の出力電流を、上記出力電流に応じて制御電圧が生ずる負荷イン ピーダンスにミラー反転させる電流ミラー段と、 上記制御電圧が供給される制御入力と、上記制御電圧により同時に制御される 少なくとも二つの出力とを有し、上記出力には相互に比例する電流が与えられ、 一方の電流が上記測定電流を形成する電流バンクとからなる。 ここで、論文“歪み補正された低電圧バンドギャップ基準(A Curvature-Corre cted Low-Voltage Bandgap Reference)”、ＩＥＥＥ固体回路論文誌、第２８巻 第６号、１９９３年６月、ページ６６７−６７０、特に、ページ６６８、図３か ら分かるように、１ボルトまで低下した電源電圧として与えられる直流電流を生 成する回路配置が公知である。この回路配置は、電流バンクの分岐まで流れる電 流の一部が通過する抵抗と並列に接続されているベースエミッタ路を含むＮＰＮ トランジスタにより構成される。この電流バンクの分岐はＰＮＰトランジスタか らなり、このＰＮＰトランジスタは、電流ミラー回路の形式でダイオードとして 配置された別のＰＮＰトランジスタに接続されている。ダイオードとして配置さ れたＰＮＰトランジスタは、先のＮＰＮトランジスタのコレクタ電極に接続され たベース電極を含む別のＮＰＮトランジスタにより給電される。この接続は電流 源によって給電される。 従来の回路配置は、補償手段を用いるにも係わらず発振する傾向が大きいので 電流基準としての用途に適していない。 本発明の回路配置によれば、クローズドループ制御回路が電流源、電流バンク 、及び電流ミラー段を介して形成され、この制御回路は回路配置の有効な安定化 を行う。本発明の回路配置は、動作性に関 する制限を課すことなく、約０．９ボルトまで降下した電源電圧と共に使用する ことが可能である。この回路配置は、簡単な構造をなし、負の温度係数を伴う直 流電流、即ち、回路配置の動作温度が降下したとき減少する直流電流を生成する 。 好ましくは、電流ミラー段による影響を受け、電流バンクのための制御電圧を 発生する負荷インピーダンスは、少なくとも回路配置を作動的にさせる始動電流 が供給される制御電極を含むトランジスタの主電流路により形成される。この始 動電流は、未だ電流の無い電流ミラー段が作動されたとき、電流バンクの制御入 力から生ずる電流フローを負荷インピーダンス内に生成する。その結果として、 出力電流、特に、電流源段のための測定電流が電流バンクの同時制御された出力 に生成される。電流源段は、次に、動作中の負荷インピーダンスに給電する電流 を電流ミラー段に生ずる。更に、始動電流は、好ましくは、負荷インピーダンス の要求されたインピーダンス値（抵抗値）を設定するため使用され、この目的の ため、実質的に一定の始動電流の方がよい。始動電流は負荷インピーダンスを形 成するトランジスタの制御電極に接続された電源段により供給される。 本発明による回路配置は、回路配置の動作温度が降下するときに減少する直流 電流を生成する。従って、本発明による回路配置は負の温度係数を有する。かく して、負の温度係数を備えた電流基準が望ましい場合に、本発明の回路配置は所 望の基準電流を生成し得る。或いは、基準電流出力上に正の温度係数を備えた基 準電流を生成する（別の）基準電流源を含む必要性及び可能性がある。別のステ ップでは、温度係数の値が一致させられる。正の温度係数を有する（別の）基準 電流源の基準電流出力が本発明による回路配置の電流バンクの同時に制御された 出力の一方（他方）に接続される場合、回路配置は負の温度係数を有する基準電 流源を表わし、正の温度係数を有する基準電流は、総出力電流を形成するため、 即ち、好まし くは、電流を一括して加算することにより、（負の温度係数を有する）電流バン クの上記出力からの電流と線形結合させることが可能である。正及び負の温度係 数は適切に大きさが決められたとき相互にバランスがとれるので、総出力電流が 予め定められた温度範囲内の温度とは無関係にされる。好ましくは、所謂バンド ギャップ回路が正の温度係数を有する基準電流源として選択される。バンドスペ ース基準とも称される正の温度係数を有する基準電流源は、使用される電子部品 を作成するための半導体材料のバンドスペース電圧からその基準電流を得る。 本発明による回路配置の更に有利な実施例は従属請求項に記載されている。 本発明の上記及び他の面は、以下の実施例を参照して示され、説明される。 図面において、 図１は所謂バンドギャップ回路（バンドスペース基準）の一例を示す図であり 、 図２は負の温度係数を有する直流電流を生成する本発明による回路配置の一実 施例を示す図であり、 図３は予め定められた温度範囲で温度非依存形直流電流を生成する回路配置を 示す図である。 図１には、基準電流出力２上に正の温度係数を有する基準電流を供給するバン ドギャップ回路（バンドスペース基準）として配置された基準電流源１が示され る。基準電流源１は、ダイポールとして配置され、一方で電源端子４に接続され 、他方で二つのエミッタ結合されたＮＰＮトランジスタ５，６の中の第１のＮＰ Ｎトランジスタのベースに接続された始動回路３を含む。第１のＮＰＮトランジ スタ５のベースは第２のＮＰＮトランジスタ６のコレクタ及び基準 電流源１の電源電流出力７に接続される。ＮＰＮトランジスタ５．６のエミッタ はグラウンド８に接続される。第１のＮＰＮトランジスタ５のコレクタは、必要 に応じてエミッタ抵抗１０を介して電源端子４に接続されるエミッタを有するダ イオード配置された第１のＰＮＰトランジスタ９に接続される。第１のＰＮＰト ランジスタ９のベースは、必要に応じて別のエミッタ抵抗１３，１４を介して電 源端子４に接続されるエミッタを有する別の二つのＰＮＰトランジスタ１１，１ ２のベースに接続される。ＰＮＰトランジスタ９，１１，１２は、このようにし て第１のＰＮＰトランジスタにより制御された電流ミラー回路を形成する。第２ のＰＮＰトランジスタ１１のコレクタは、抵抗１５を介して第２のＰＮＰトラン ジスタ６のコレクタ、即ち、電源電流端子７に接続される。更に、第２のＰＮＰ トランジスタ１１のコレクタと、第２のＮＰＮトランジスタ６のベースとの間に 配線がある。電流ミラー回路の第３のＰＮＰトランジスタ１２のコレクタは、基 準電流源１の基準電流出力２を形成する。ダイオードとして配置されたＮＰＮト ランジスタを含む始動回路３は、かくして、好ましくは、電源端子４と第１のＮ ＰＮトランジスタ５のベースとの間にダイオードとして配置される。 電源端子４上に電源電圧を用いる場合に、図１に示された基準電流源１は、基 準電流出力２上の温度と共に上昇する基準電流を約０．９ボルトまで降下させる 。 図２に示された負の温度係数を備えた直流電流を生成する本発明による回路配 置１６の実施例は、入力抵抗１７及び電流源トランジスタ１８を含む電流ソース 段により構成される。入力抵抗１７の端子及びＮＰＮトランジスタとして配置さ れた電流源トランジスタ１８のエミッタはグラウンド８に接地され、電流源トラ ンジスタ１８のベース及び入力抵抗１７の第２の端子は相互接続される。電流源 トランジスタ１８のコレクタは、電源端子４に接続されたエミッタを有するダイ オードとして配置されたＰＮＰトランジスタ１９のコ レクタ及びベースと接続される。ＰＮＰトランジスタ１９は、別のＰＮＰトラン ジスタ２０と共に電流ミラー段を形成する。この目的のため、ＰＮＰトランジス タ１９及び２０のベースは相互接続される。ＰＮＰトランジスタ２０のエミッタ はオーミック安定化抵抗２１を介して電源端子４に接続される。ＰＮＰトランジ スタ１９のコレクタが電流ミラー段の入力を形成すると共に、別のＰＮＰトラン ジスタ２０のコレクタは電流ミラー段の出力を形成する。この出力は、負荷イン ピーダンスを形成するＮＰＮトランジスタ２２のコレクタエミッタ路を介してグ ラウンド８に接地される。 トランジスタ２０のコレクタとトランジスタ２２のコレクタとの間のノードは 、同時に電流バンクの制御入力２３を形成し、電流バンクは、ベースが制御入力 ２３に接続され、コレクタが電流バンクの同時制御される出力２６，２７を形成 する二つのＰＮＰトランジスタ２４，２５により構成される。第１の同時制御出 力２６、即ち、電流バンクの第１のＰＮＰトランジスタ２４のコレクタは、入力 抵抗１７と電流源トランジスタ１８との間のノード、即ち、電流源段の入力に接 続される。電流バンクのＰＮＰトランジスタ２４，２５のエミッタは、夫々のエ ミッタ抵抗２８，２９により電源端子４に接続される。安定化キャパシタ３０は 、電流バンク２４，２５の制御入力２３と、電流源段１７，１８の入力、即ち、 電流バンク２４，２５の出力２６との間に挿入される。 上記回路配置１６は、電流源段１７，１８と、電流ミラー段１９，２０と、電 流バンク２４，２５とからなるクローズドループ制御回路を形成する。このクロ ーズドループ制御回路は、電流バンク２４，２５の第２の出力２７から生ずる負 の温度係数を有する直流電流を制御する。電流バンク２４，２５の第２の出力２ ７は、かくして回路配置１６の出力を形成する。電流バンク２４，２５の第１の 出力２６上、即ち、この電流バンクの第１のＰＮＰトランジスタ２４のコレクタ 上の上記直流電流に比例する測定電流は、回路配置１６が 動作中であるとき、電流段の入力抵抗１７を流れる。測定電流は入力抵抗１７に 電圧を発生し、この電圧は、電流源段１７，１８の出力電流を形成する電流源ト ランジスタ１８のコレクタ電流を制御する。電流源段１７，１８の出力電流は、 同時に電流ミラー段１９，２０の入力電流を表わし、この電流ミラー段によって 負荷インピーダンス２２にミラー反転される。電流ミラー段１９，２０により生 成された電流（電流ミラー段の出力電流）は制御電圧を負荷インピーダンス上に 発生させ、この制御電圧は、電流バンク２４，２５、即ち、制御入力２３を介し て出力２６，２７上の出力電流である測定電流を制御する。 電流ミラー段１９，２０から負荷インピーダンス２２及び安定化キャパシタ３ ０に伝達される電流用の電流路内のオーミック安定化抵抗２１は、回路配置１６ の安定した動作の挙動のため、即ち、全ての発振傾向を更に抑制するため（付加 的に）使用される。 図２において、負荷インピーダンスを形成するトランジスタ２２は、ベース３ １として作用する制御電極によって電源段３２に接続される。この電源段は、接 地されたエミッタと制御電極３１に接続されたベースとを有するダイオード配置 されたＮＰＮトランジスタ３３により構成される。ＮＰＮトランジスタ３１のベ ースは、ＮＰＮトランジスタ３３のコレクタと、電流源端子４にも接続された定 電流源３４の端子とに接続される。定電流源３４は主電流路、即ち、ＮＰＮトラ ンジスタ３３のコレクタエミッタ路及び負荷インピーダンス２２の制御電極３１ に電流を供給する。回路配置１６が作動されたとき、即ち、電源電圧が電源端子 ４に印加されたとき、定電流源３４は制御電極３１を介して負荷インピーダンス ３２に電流を生成する。電流バンク２４，２５において、この電流は、測定電流 と直流電流の両方を出力２７に生じさせる。測定電流は、次に電流源段１７，１ ８並びに電流ミラー段１９，２０を介して、回路配置１６を形成するクローズド ループ制御回路を作動する。回路配置１６ が動作状態に到った後、定電流源３４により生成された一定電流は負荷インピー ダンス２２の安定なセッティングを与える。この動作状態において、制御電極３ １に印加された始動電流は、回路配置１６が動作する期間よりも長く作用する。 図３は、図１に示された基準電流源１と、図２に示された負の温度係数を備え た直流電流の生成用回路配置１６との接続を表わす図であり、既に説明した回路 配置には同じ参照番号が付けられている。基準電流源１と回路配置１６とは、同 じ電流源端子４に接続される。正の温度係数を有する基準電流を供給するため、 基準電流源１の基準電流出力２は、コモン出力３５に負の温度係数を有する直流 回路配置１６の出力２７に接続され、そのコモン出力３５で線形結合の結果とし て加算された出力電流、本実施例の場合には基準電流と電流バンク２４，２５の 出力２７からの電流の加算が形成される。基準電流源１および回路配置１６は、 好ましくは、コモン出力３５上の総出力電流が予め定められた温度範囲の温度と は独立であるように決められる。 図３に示された構成に加えて、電源電流出力７は、基準電流源１から負荷イン ピーダンス２２のための始動電流を供給する制御電極３１に接続され、一方、こ の始動電流は、上記の構成を動作させるために必要な時間間隔の後、負荷インピ ーダンス２２の動作点を設定するため維持される。図３に示された構成を図２に 示された構成と比較すると、電源電流段３２が省かれ、基準電流源１が２重の機 能を引き継ぐ。 図３に示された例では、付加的な定電流を総出力電流に重畳し得る別の定電流 源３６が電源端子４とコモン出力３５との間に挿入されている。 図３に示された回路構成は、１ボルトの公称電源電圧によりドライブされ無線 ページャー（ページャー）で使用される水晶発振器用の電流基準として使用する 際に有利である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 入力抵抗を介して伝達される測定電流が一方の入力に供給され、ベースエ ミッタ路が上記入力抵抗と並列に配置された電流源トランジスタにより構成され 、上記電流源トランジスタのコレクタ電極により形成された出力に出力電流を生 ずる電流源段と、 上記電流源段の出力電流を、上記出力電流に応じて制御電圧が生ずる負荷イン ピーダンスにミラー反転させる電流ミラー段と、 上記制御電圧が供給される制御入力と、上記制御電圧により同時に制御される 少なくとも二つの出力とを有し、上記出力には相互に比例する電流が与えられ、 一方の電流が上記測定電流を形成する電流バンクとからなる、直流電流を生成す る回路配置。 ２． 上記負荷インピーダンスは、少なくとも回路配置を作動させるため始動電 流が供給される制御電極を有するトランジスタの主電流路により形成されている ことを特徴とする請求項１記載の回路配置。 ３． 上記負荷インピーダンスとして配置されたトランジスタの上記制御電極は 、電源電流段に接続されていることを特徴とする請求項２記載の回路配置。 ４． 上記電源電流段は、ダイオード配置されたトランジスタと、定電流源とに より構成され、 上記定電流源は、上記ダイオード配置されたトランジスタの主電流路と、上記 負荷インピーダンスを形成するトランジスタの制御電極とに電流を供給し、 上記二つのトランジスタは上記制御電極により相互に接続されていることを特 徴とする請求項３記載の回路配置。 ５． 基準電流源が正の温度係数を有する基準電流を基準電流出力上に供給し、 上記基準電流出力は、上記基準電流を上記電流バンクの出力からの電流と線形 結合することにより総出力電流を形成するため、上記電流バンクの同時に制御さ れる出力の一方（第２）の出力に接続されていることを特徴とする請求項１乃至 ３のうちいずれか１項記載の回路配置。 ６． 上記基準電流源は所謂バンドギャップ回路により形成されることを特徴と する請求項５記載の回路配置。 ７． 上記基準電流源は、上記総出力電流が予め定められた温度範囲内で温度に 依存しないように決められていることを特徴とする請求項６記載の回路配置。 ８． 上記基準電流源は、始動電流を供給するため上記負荷インピーダンスを形 成するトランジスタの制御電極に接続された電源電流出力を有することを特徴と する請求項５、６又は７のうちいずれか１項と組み合わされた請求項２記載の回 路配置。 ９． 安定化キャパシタが上記電流バンクの制御入力と上記電流源段の入力との 間に挿入されていることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項記載の 回路配置。 １０． オーミック安定化抵抗が上記電流ミラー段から上記負荷インピーダンス に伝達される電流用の電流路に在ることを特徴とする請求項１乃至９のうちいず れか１項記載の回路配置。 １１． 請求項１乃至１０のうちいずれか１項キシの回路配置から なる無線ページャー（ページャー）。