JPS6020605A - 電流増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電話機の通話回路等に好適な電流増幅器に係
り、特に電流利得が高く、低電圧で動作可能な電流増幅
器に関する。

第１図は従来の電流増幅器を示している。トランジスタ
２．４はカレントミラー回路を構成し、各トランジスタ
２．４の各エミッタはそれぞれ共通端子１０に接続され
ている。トランジスタ２のコレクタには電流入力端子１
２が形成され、また、トランジスタ４のコレクタには電
流出力端子１４が形成されている。

このような電流増幅器において、電流入力端子１２から
トランジスタ２のコレクタに流れる電流を１１％エミッ
タに流れる電流をＩＩ’、トランジスタ２．４のカレン
トミラー効果でトランジスタ４に電流出力端子１４から
流れる電流をＩ２、エミッタに流れる電流を１２’−、
トランジスタ２．４の飽和電流をＩＳ１％ＩＳ２、トラ
ンジスタ２．４のエミッタ面積をＡＥ　１、ＡＥ　２と
するとき、各トランジスタ２．４のベース・エミッタ間
電圧ＶＢＥＩ、ＶＢＥ２は・ ＶＢＥ　ｔ　＝　（ＫＴ／ｑ）Ｉｎ　（Ｉ＋　’　／Ｉ
ｓ＋　）・・・　（１） Ｖａ＋：ｚ＝　（ＫＴ／ｑ）ｉｎ　（Ｉｔ’／１３２）
・　・　・　（２） で与えられる。但し、Ｋ：ポルツマン定数、Ｔ：絶対温
度、ｑ：電子の電荷量である。

ここで、飽和電流ＩＳｔ、Ｉｓ２とエミッタ面積ＡＥ　
Ｈ、ＡＥ　２とは比例関係にあるため、Ｉ　Ｊ　／Ｉ　
５２　＝ＡＥ　Ｉ　／ＡＥ　２　＝ｎ・　・　・　（３
） となり、ｎはトランジスタ２．４のエミツタ面積比であ
る。

また、式（１）のＶＢＥ！と式（２）のＶＢＥ２とは、
トランジスタ２．４のベースが共通に接続されているこ
とから、 （ＫＴ／ｑ）　Ｉ　ｎ　（Ｉ　＋　’　／　Ｉ　ｓ＋　
）”　（ＫＴ／ｑ）　Ｉ　ｎ　（Ｉｚ　’　／　Ｉ　ｓ
ｚ　）・・・　（４） となり、この式（４）から、 １１’／ｌ５Ｉ＝Ｉ２’／ＩＳ２ ・・・　（５） が得られる。この式（５）及び前式（３）から、Ｉ＋’
／Ｉｇ’＝Ｉｓ＋／ｌ５ｚ＝１／ｎ・　・　・　（６） となる。従って、電流１１は、 Ｉ＋　’Ｉ＋　’　＋１＋　’　／β＋■２′／β＝Ｉ
＋　’　＋（Ｉ＋　’　＋１２’）／β−１＋　’　＋
　（１＋ｎ）ｘ、’　／β＝　（１＋　（１＋ｎ）／β
）Ｉｔ’ ・　・　・　（７） トする。この式（７）から、電流１．／は、Ｉ＋　’　
＝１＋　／　（１＋　（１４ｎ）／β）・・・　（８） となり、式（６）の関係から、電流１２′は、１２　’
　＝ｎＩ４　／　Ｌ１＋　（１＋ｎ）／β）・　・　・
　（９） となる。ここで、電流１２′は、　。

１２　’　＝　（１＋１／β）Ｉ２・・・（１ｏ）であ
るから、この式（１０）から電流Ｉ２をめ、式（９）を
代入すると、 ｌ２＝１２″’　／　（１＋１／β） ＝ｎＩｔ／（１＋１／β）（１＋（１＋ｎ）／β）　・
・・　（１１） となる。

このように電流■２の値は、単純にエミツタ面積比ｎと
電流１１との積とは成らない。即ち、このような電流増
幅器では、トランジスタ２．４の電流増幅率βの影響で
ベース電流分だけ変換精度が悪化し、電流利得を高く取
る場合にはその精度が低下する等、特に、電流利得ｎを
大ｇくすることにより（１１）式の分母に含まれる（１
＋ｎ）／βの項が１に比べて無視できなくなり、電流増
幅率βの影響を受け易くなる欠点がある。

第２図に示す電流増幅器は前記回路のトランジスタ２に
バッファトランジスタ１６を付加するとともに、トラン
ジスタ４にもバッファトランジスタ１８を付加したもの
である。このようにバッファトランジスタ１６．１８を
付加した電流増幅器では、電流増幅率βの影響は少なく
なるが、２倍の順方向降下電圧２Ｖｆ　（約１．３ｖ程
度）の最低動作電圧が必要となり、また、利得を高く取
るときにはその電流比に対応した大きさのトランジスタ
を必要とする等の欠点がある。

このように、従来の電流増幅器では増幅度を高くする場
合には十分な精度が取れないばかりでなく、トランジス
タの形状も大きくなり、特に増幅度を高く取る場合には
何段もの従属接続を必要とする等の欠点があった。

この発明は、精度良く高い電流利得が取れるとともに、
約０．８ｖ程度の低電圧で、動作可能に構成した電流増
幅器の提供を目的とする。

この発明は、共通の電流源から定電流が与えられる少な
くとも１対のトランジスタからなるカレントミラー回路
と、このカレントミラー回路の各トランジスタに個別に
接続され電流利得を設定する抵抗と、前記カレントミラ
ー回路の出力側のトランジスタに付加された電流帰還回
路とから構成したことを特徴とする。

以下、この発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第３図はこの発明の電流増幅器の実施例を示している。

図において、トランジスタ２０．２２．２４は電流源を
構成し、各トランジスタ２０．２２．２４のエミッタは
共通に接続され、この共通に接続されたエミッタには電
源供給端子２６が形成されている。また、各トランジス
タ２０．２２．２４ノヘースは共通に接続されるととも
に、トランジスタ２０はベース・コレクタを共通にした
グイオ−ド接続と成っており、このベース・コレクタに
は電流入力端子２８が形成されている。即ち、トランジ
スタ２０，２２．２４とはカレントミラー回路を構成し
ている。

トランジスタ２２．２４のコレクタには、カレントミラ
ー回路３０を構成しているトランジスタ３２．３４のコ
レクタがそれぞれ接続され、各トランジスタ３２．３４
のベースは共通に接続されているとともに、トランジス
タ３２はベース・コレクタを共通にしてダイオード接続
されている。

各トランジスタ３２．３４のエミ・７タとそれぞれの共
通端子４０との間、には、カレントミラー回路３０の電
流利得を決定するための抵抗４２．４４が個別に接続さ
れている。

また、トランジスタ３４のエミッタ・コレクタ間には電
流帰還回路４６が付加され、この電流帰還回路４６はト
ランジスタ４８．５０で形成され、トランジスタ３４．
４８及び５０は帰還増幅器を構成している。即ち、トラ
ンジスタ２４のコレクタには電源供給端子２６にエミッ
タが接続されたトランジスタ４８のベースが接続され、
このトランジスタ４８のコレクタは発振防止用のキャパ
シタ５２を介してトランジスタ３４のコレクタに接続さ
れるとともに、前記トランジスタ５０のベースに接続さ
れている。このトランジスタ５０のエミッタは前記トラ
ンジスタ３４のエミッタと共通に接続され、トランジス
タ５０のコレツ・夕には電流出力端子５４が形成されて
いる。

以上の構成に基づきその動作を説明する。ダイオード接
続されたトランジスタ２０とベース・エミッタを共通に
するトランジスタ２２．２４には、トランジスタ２０の
エミッタ電流と等しいエミッタ電流が流れる。トランジ
スタ２２．２４のコレクタ電流は、ダイオード接続され
たトランジスタ３２と、このトランジスタ３２とベース
が共通に接続されたトランジスタ３４に個別に流れ、ト
ランジスタ３２のエミッタ電流は抵抗４２を介して共通
端子４０に流れる。

ここで、トランジスタ３２のコレクタにトランジスタ２
２から流れる電流をＩＩ、エミッタを流れる電流をｈ′
、トランジスタ２４のコレクタを流れる電流を１１％）
ランジスタ３４のコレクタに流れる電流をＩ２、エミッ
タに流れる電流を１２’、ｌ−ランジスタ５０に流れる
電流をＩ３、抵抗４４に流れる電流をり、）ランジスタ
３２．３４の飽和電流をＩＳＩ、１５２、トランジスタ
３２．３４のエミッタ面積をＡＥ　Ｉ　％　ＡＥ　ｚと
すると、トランジスタ３２．３４のベース・エミ・ツタ
間電圧ＶＢＥＩ、ＶＢＥ２は、式（１）、（２）と同様
に、 ＶＢＥＩ　＝　（ＫＴ／ｑ）ｉｎ　（Ｉ＋’／Ｉｓ＋）
・・・　（１２） ＶＢＥ２＝　（ＫＴ／ｑ）ｌｎ　（１２’／１３２）・
・・　（１３） で与えられる。

トランジスタ４８のベース電流をＩＢとすると、電流１
１は、 １＋　＝１２　＋ＩＢ　・・・（１４）となる。また、
トランジスタ３２．３４のエミ・ツタ面積を同一に設定
するものとすると、飽和電流の値はｌ５Ｉ＝ＩＳ２とな
る。

抵抗４２の抵抗値をＲとすると、トランジスタ３２のコ
レクタの電圧ｖ１は、 Ｖ＋　＝ＶＢＥ　Ｉ　＋Ｒ１１’　・・・（１５）とな
り、また、抵抗４４の抵抗値をｒとすると、電圧ｖ１は
、 Ｖｌ　＝ＶＢＨ２＋ｒＩ　・・・（１６）となる。但し
、式（１６）において、電流Ｉは、１＝　（１３＋Ｉ２
　＋ＩＢ）　・・・　（１７）で与えられる。ここで、
トランジスタ４８．５０の電流増幅率をそれぞれβＰ、
βＮとすると、式（１７）の電流ＩＢは、 ＩＢ＝Ｉ３／βＮβＰ　・・・　（１８）で与えられ、
式（１７）は、 １＝　（１３＋ＩＺ　＋１３　／βＮβＰ）・・・　（
１９） となる。従って、式（１５）　（１６）から、ＶｓＥ＋
＋ＲＩ＋’＝ＶｓＥｚ＋ｒｌ −ＶａＥ２　＋ｒ　（１３＋Ｉ２ ＋ＩＢ） ＝ＶａＥ２　＋ｒ　（Ｉｓ　＋１２ ＋■３／βＮ′βＰ ・　・　・　（２０） となる。電流１＋、Ｉｚはｈ＝Ｉｚであるから、式（２
０）は、 ＶＢＥ　Ｉ＋ＲＩ＋　’　＝ＶｅＥ２　＋ｒ　（Ｉｓ　
（１＋１／βＮβｐ）＋Ｉ＋） ・・・　（２１） となる。また、電流ＩＩは、 Ｉ＋　＝　（１＋２／β）ビ１　・・・（２２）で与え
られ、トランジスタ３２．３４のベース・エミッタ間電
圧ＶＢＥＩ、ＶＢＥ２は略等しくなるので、式（２１）
は、 Ｉ＋　Ｒ／　（１＋２／β） −ｒ　（１３（１＋１／βＮβｐ）＋Ｉ＋）・・・　（
２３） となる。この式（２３）を整理して電流１３、Ｉ＋の比
１３／　Ｉ　＋をめると、 １＋　（Ｒ／　（１＋２／β）−ｒ） ＝Ｉ３　（１＋１／βＮβＰ）ｒ ・　・　・　（２４） から、 １３　／　Ｉ　ｒ　＝　（Ｒ／’　（１’＋２／β）−
ｒ）　／（］＋１／βＮβｐ）ｒ ＝　（１／ｒ）　（Ｒ−（１＋２／β）ｒ）／（１＋１
／βＮβｐ　）　（１＋２／β）−（（Ｒ／ｒ）−（１
＋２／β））／ （１＋１／βＮβｐ）（−１＋２／β）・・・　（２５
） となる。

ここで、式（２５）において電流増幅率β、βＮ、βｐ
が＋れぞれ１００程度、電流利得を決める抵抗比Ｒ／ｒ
が１より十分に大きい場合、式（２５）％式％（２６） となり、電流利得１３　／　Ｉ　Ｉは抵抗比Ｒ／ｒで決
定されることになる。Ｒ＞＞ｒとすると、電流利得は大
きな値となる。

特に、この電流増幅器では抵抗４２．４４の抵抗値を変
化させても、トランジスタ３４のエミンタ電位は変化し
ないので、抵抗比Ｒ／　ｒで自由に電流利得を設定する
ことができ、゛トランジスタ等の素子の特性のばらつき
に無関係に抵抗比に基づく高利得を得ることができる。

特に、集積回路上に構成する場合、従来例の方式のよう
にエミツタ面積比を電流利得に応じ変えると電流増幅率
βのばらつきも大きくなることが知られているが、本発
明の場合、マツチング性を必要としない出力トランジス
タと同一形状のトランジスタで構成されるカレントミラ
ーで回路が実現でき、精度に影響を与えるトランジスタ
の電流増幅率のばらつきも極めて少なく製造することが
できる特徴も兼ね備えている。

また、このような電流増幅器では、電流増幅率の影響に
よる利得の変動が防止できるとともに、低電圧動作が可
能になるものである。

実験によれば、第１図に示す電流増幅器では、エミツタ
面積比ｎを５０倍（３４ｄＢ）に設定し、電流１１を１
０μＡ５βを１００とすると、出力電流としての電流Ｉ
２はＩ２＃３３０μＡとなったのに対し、前記実施例の
電流増幅器では、抵抗比Ｒ／　ｒを５０倍に設定した場
合、出力電流としての電流■３は、Ｉｓ　＃４６０μＡ
となり、１０μＡの５０倍に近い高利得の電流出力が得
られることが確認された。

以上説明したようにこの発明によれば、電流利得は抵抗
比で高精度に設定して、高利得の電流出力を得ることが
できるとともに、低電圧動作が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の電流増幅器を示す回路図、第
３図はこの発明の電流増幅器の実施例を示す回路図であ
る。 ２０．２２．２４・・・電流源としてのトランジスタ、
３０・・・カレントミラー回路、３２．３４・・・トラ
ンジスタ、４６・・・電流帰還回路。 第１図 １０ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 共通の電流源から定電流が与えられる少なくとも１対の
   トランジスタからなるカレントミラー回路と、このカレ
   ントミラー回路の各トランジスタに個別に接続され電流
   利得を設定する抵抗と、前記カレントミラー回路の出力
   側のトランジスタに付加された電流帰還回路とから構成
   したことを特徴とする電流増幅器。