JPS6290025A - 電流切替回路 - 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】 イ、「発明の目的」 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高精度のＤ／△変ＦＡ器等に使用される電流
切換回路に関するものである。

（従来の技術〕 高速のＤ／Ａ変換器では、電流切換回路が良く用いられ
る。従来の電流切換回路の例を第２図〜第５図に示す。

第２図は対となる出力トランジスタＱ５．Ｑ６のエミッ
タに定電流源を接続して電流■０を流し、Ｑ５　、Ｑｅ
のベースに第２図に示ずような相補型のデジタル信号Ｉ
Ｎ、ＩＮを加え、１−ランジスタの一方を遮断し、他方
を能動状態にし、能動状態にあるトランジスタに定電流
１ｏを流すものである。

今、出力トランジスタＱ６が能動状態であるとする。こ
のときコレクタに流れる出力電流Ｌｕｔは、正確に言う
と定電流Ｉ０からＱｅのベース電流ｌｂｉ　を差し引い
たものである。

ココでＱｅのエミッタ接地電流増幅率をｈｆ４．とする
と次式の関係がある。

Ｉａｕ＜　　＝　　ｈｌ＋ｅｂ　　・　　Ｉ　　ｏ　　
／　　（ｈ＋４６　　＋　１　　＞本明細占で論する電
流切替回路では、この出力電流１５社が、外乱で変動し
ては、困るのであって、ｒｏｕｔは一定であることが必
要である。

しかし、ト１＋４は、トランジスタの温度及びｖ（Ｅの
値により変化する。今、ｈモ（６がｈ＋４６（１＋Δ）
に変化したとする。定電流ｒｏは一定であるとして、Ｉ
、工の変化率を計算すると、 Δ／（ｈ４＾（１＋Δ）＋１）となる。温度１℃の変化
に対して、Δは約０．５％変化する。

ｈ＋４６〜１００とするとく高速・高周波用のトランジ
スタのｈ＋、は一般にこの値以下である）出力電流の変
化率は、０．００５％／℃となる。この値は非常に小さ
い値のように思われるが、１３ピット、１４ビツトの精
度を要求されるＤ　、、／　Ａ変換器では、その精度を
百分率に１！！！！算した場合、０．０１２％、　　０
．００６％どなり、出力電流１ｍ　ｒｏｕｔが必要な精
度に入るための温度範囲が著しく制限されることになる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの欠点を除くため、次の手段が考えられる。

■　Ｑ５　、ＱｅをＦＥＴ化するく第３図）。

■　トランジスタＱ６をダイオードとする（第４図）。

■　補償された定電流源を利用したスイッチを用いる（
第５図）。

しかしながら、■（第３図）はトランジスタを用いた場
合に比べて入力振幅を大きくとる必要があること、及び
高速動作に］８したＦＥＴがない（ＧａＡｓＦＥＴでは
ゲート電流が大き過ぎる）という問題点がある。

■（第４図）は、エミッタの電位がスイッチのオン・オ
フにより変化するため、高速動作には不向きであり、更
に出力側のダイオードのアノードの電位を一定に保たな
くてはならない。

■（第４図）も■（第５図）も同様、エミッタの電位が
スイッチのオン・オフで変化するため高速動作には向い
ておらず、また、補償用のトランジスタのコレクタ電位
が固定されているために、出力トランジスタの■εの変
化にｒｖうｈ４．の変化を補償できないと言う問題点が
ある。

本発明の目的は、出力トランジスタのベース電流を補償
し、また出力トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧
の変化に応することで、高精度、かつ高い直線性をもつ
出力電流値を供給できる電流切換回路を提供することで
ある。

口、「発明の（開成」 Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記問題点を解決するために、　エミッタに
定電流源が接続され、ベースに駆動信号が加えられ、コ
レクタから出力電流が取出される出力トランジスタと、
　この出力トランジスタのコレクタ側にゲートが接続さ
れ、コレクタ電圧を°検出するＦＥＴと、　この出力ト
ランジスタのエミッタ側にベースが接続され、出力トラ
ンジスタと熱的結合を有した補償用トランジスタと、　
出力トランジスタと補償用１−ランジスタのコレクター
エミッタ間電圧を同一にする手段と、　出力ｉ〜ランジ
スタのベース電流と、補償用トランジスタのベース電流
とが等しくなるように調整する下段と、を講じたもので
ある。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示した図である。

同図において、Ｑｏ、Ｑ＋は対となるスイッチングの出
力トランジスタ、Ｑ２は補償用トランジスタ、０３はＦ
ＥＴである。ＩＯは定電流源であり、定電流■０を流す
。ｒ、も定電流源であるが、その電流値１＋を可変調整
することができる。Ｒ１は：Ｊ４′ｍ抵抗、Ｓはスイッ
チ手段、Ｅは定電圧源、Ｌはこの電流切替回路に接続さ
れる負荷である。

出力トランジスタＱＯと０１は、共にエミッタが定電流
源１ｏに接続され、ベースにはそれぞれ第１図に示すよ
うな相補型のデジタル信号が加えられる。トランジスタ
Ｑｏのコレクタは回路アースに接続され、トランジスタ
Ｑ１のコレクタは、次段の負荷りに接続される。スイッ
チングされた出力電流ｒ。、ｔは負荷りに流れる。

トランジスタＱｏ、Ｑ＋のエミッタには補償用１−ラン
ジスタＱ２のベースが接続され、この補償用のトランジ
スタＱ２のエミッタは可変定電流源１＋に接１シｔされ
る。補ｎ用トランジスタＱ２は、出力トランジスタＱ１
と熱的に結合されている。

また、トランジスタＱ１のコレクタ側には、ＦＥＴ　　
Ｑコのゲートが１妄抗され、このＦＥＴＱ３のドレイン
はＮ源Ｖｃｃ　に接続されている。更にＦＥＴ　　Ｑ３
のソースは調整抵抗Ｒ＋を介して、トランジスタＱ２の
コレクタに接続されている。

また、補直用トランジスタＱ２のコレクタには、スイッ
チＳと定電圧源Ｅの直列回路が接続される。

なお、調整抵抗Ｒ１は、第１図では、可変抵抗器として
図示したが、第１図の回路をＬＳＩ’Ｓで構成したとす
れば、例えば、薄膜抵抗をトリミング等により抵抗器を
調整することで可変抵抗器と闘換えることができる。

第１図において、点線で囲った構成部分が本発明で新た
に付加したものである。以下、従来の回路と比べて、第
１図の回路が高速性を損わずに、出力トランジスタＱＩ
の温度変化、コレクタ・ヱミッタ間電圧の変化等に対し
て高精度の電流切換をできる点を説明する。

まず、本発明の大まかな、動作を説明する。

トランジスタＱｏ、Ｑ＋は電流！；ｖ換回換金路成して
おり、定電流ＩＯをこのＱｏ、Ｑ＋で切ｔ１えている。

そして、本発明では、トランジスタＱ１と０２を熱的に
結合させるとともに、トランジスタＱＩのベース電流ｉ
ｂ＋を第１図で点線で囲った補正回路で吸収すること、
及び出力トランジスタと補償用トランジスタのｖｃＴ：
を等しくするように調整することで、ｈ＋、の変動分を
少なくし、その結果、Ｉｏｖｂ＝１ｏが維持されるよう
にしている。

ここで、ＦＥＴ　　Ｑ３を使用することにより、Ｉｏｖ
ｈに比べて、ＦＥＴ　　Ｑ３のゲート電流を無視できる
ようにした。

以下、詳細に動作を説明する。

点線で囲った補償回路は、出力トランジスタＱノのベー
ス電流ｉｂ１を補償している。モこて、トランジスタＱ
Ｏがオフであって、トランジスタＱ１がオンの場合につ
いて述べる。この場合、出力電流１ｏｖｅは、トランジ
スタＱ＋のエミッタ電流■Ｅからベース電流ｉｂ＋　を
引いたものである。従って、（１）式が成立つ。

１ｏｖｔ　＝　ｒ　Ｅ　　ｉ、、　　　　　　　　　　
　　　（１）ｆε　：トランジスタＱ１のエミッタ電流
トランジスタＱ１の直流電流増幅率をｈ＋４１とづると
、ＩＥ　＝　（１＋ｈ６ａ＋）　”ｂｌであるから（２
）式が１９られる。

ｒ　　−＋五東−・ｒ　Ｅ　　　　　　　　　　　　（
２）ｏｕτ　　　　１＋　に千４１ ここでエミッタ電流ｆＥは、定電流１ｏと補償用トラン
ジスタＱ２のベースに流れ込む電流Ｕ＞ユの和であるｈ
日ら、（３）式が得られる。

１　ｉ：　＝　Ｉ　ｏ　＋　２６．　　　　　　　　　
　　　　＜３＞トランジスタＱ２の直流電流増幅率をｈ
４＜２とする・と、（４）式が１りられる。

１’　　　　　　　　　　　　　（４）ｆｂ２＝″け）
Ｌ山 （２）、（３）、（４）式から次式が１５られる。

ここで、■。、え＝Ｉｏとする調整く即も、出力トラン
ジスタＱ、と補員用トランジスタＱ２のベース電流向と
を一致させる調整）と、トランジスタＱ１とＱ２のＶｃ
Ｈを同一にザるＶＩＪ　ｕとを次のようにして行なう。

まず、スイッチＳを閉じ、補償用Ｉ〜ランジスタＱ２の
コレクタへ定電圧口を加える。そして、出力トランジス
タＱ１のＶｃｓと補償用１〜ランジスクＱ２のｖｃＥと
が等しくなるように、定電圧源Ｅの電圧レベルを調整す
る。

次に、Ｔｏｕｔ＝ｒｏとなるように可変定電流源１１を
可変調整する。ｌｏｗ；＝Ｉｏとなった時における電流
値Ｉ＋は、（５）式で表わされる。

次に、スイッチＳをオフの状態とし、調整抵抗Ｒ１を調
整してトランジスタＱ＋とＱ２のＶｃａが等しくなるよ
うにする。

以上の調整を行なうことにより、温度、Ｖｃεの変化に
かかわらず九１　と九２は等しい値を保ち、１ｏり丈−
１ｏの関係が維持される。

温度変化、ＶＣＨの変化によってトランジスタＱ１．Ｑ
２のｈ（＜１　、　ｔ１４４ＡｚがそれぞれＦ１＋ｅ＋
　（１＋ΔＩ）、ｈ＋４ｚ（１＋Δ２）に変化した時の
出力電流を　Ｉｏｖ＜−とすると（６）式が１７られる
。

このどき、調整時の出力電流ｆ。は−１０からの変化率
は、（Ｉｏいえ−／Ｉｏｖカ）−１で与えられる。これ
を計算すると、（７）式となる。

るので、（７）式は、（８）式となる。

本発明では、Δ１とΔ２の差を小さくするために出力ト
ランジスタＱ、と補償用１−ランジスタＱ２の温度及び
ＶＣ＋：を同一に保っているｈ日ろ、Δ１−Δ２は非常
に小さなｊ直となる。

第６図は、本発明の別の構成例を示した図である。第６
図が第１図と異なる点は、第１図の可変定電流源スタＩ
＋を抵抗Ｒ２に置換えた点である。その他の構成は、第
１図と同様なため、その構成・接続の説明は省略する。

第６図において、トランジスタＱ２のエミッタに流れる
電流は、エミッタ・ＶＥＥ間の降下電圧と抵抗Ｒ２で定
まる。エミッタの電位は、ベース電位カらＶ叩（約０．
７ｖ　）引いた値である。ベースの電位はトランジスタ
Ｑｏ、Ｑ＋のエミッタの電位であり、これ（まＱｌ、Ｑ
’２のベースに相補型の入力を加えているので一定であ
る。トランジスタＱ２のエミッタ電流Ｉ　Ｅｌとｉｂｚ
とは、（９）式の関係がある。

ｒ　Ｅｌの変化に対して１．２の変化は小さい。従つ゛
て、第１図の回路程、精度、温度の範囲を要求されない
場合は、第６図の回路が利用できる。

第７図は本発明の別の構成例であり、第６図における抵
抗Ｒ２にＪζるＶ、ヨのＩ整を省略するための実施例で
ある。第７図で示した構成は、第１図の点線で囲った部
分のみである。即ち、点Ｐ１は第１図の出力トランジス
タＱ、のコレクタへ接続され、点Ｐ２は第１図の出力ト
ランジスタＱ１のエミッタに接続される。

第７図では、ＦＥＴＱ３のソース側の回路に、このＦＥ
Ｔ　　Ｑ３とベアになるＩ”ＥＴ　　Ｑ、５が抵抗Ｒ３
を介して接続されている。また、トランジスタＱ１．が
ＦＥＴＱ３のドレイン−ソース間に接続され、この１−
ランジスクＱ１．のエミッタ回路にトランジスタＱ２が
接続される。１−ランジスタＱ１６のベースは「ＥＴＱ
ＩＩｉ−のドレインに接続され、Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑｌｉｒ
のソース・ゲート間に抵抗Ｒ４が接続される。このよう
な回路では、ＶＣＥＱＩ　＝　Ｖｃ３．１となることが
知られている。即ち、第６図で説明したような抵抗Ｒ２
によるＶｃ５の調整が不要となる。

なＪ３、第７図の動作は、ありふれたＦＥＴバッフ１回
路であるため、その説明を省略する。

なＪ３、第１図、第６図では、トランジスタＱ。

のコレクタを回蕗アースに接続する例で説明したが、こ
のコレクタ回路に負荷を接続して、トランジスタＱｏか
らも、出力電流を取出すようにしても良い。

また、出力トランジスタＱ＋　と補償用１〜ランジスク
Ｑ２との熱的結合度を高めるため、Ｑｌ　、　Ｑ２を同
一のウェハ上に近接して設けることが有効である。

ハ、１本発明の効果」 以上述べたように、本発明によれば、次の効果が１０ら
れる。

温度変化と出力電流端子の電圧変化について、電流切替
えのトランジスタＱ１のベース電流を補償しているので
、高精度を広い温度範囲にわたって維持することができ
る。

例えば、ｈ＋、！七１００、　△１．Δ２七０．５％／
　℃、ｍａ　Ｘ　Ｉ　Δ、−Δ２　１　＝　　０．１％
／’Ｃト見＆’１　ツタ場合、出力電流の変化は、本発
明による補匿が無い場合は、０．００５％／℃であるが
、本発明によれば、これが０．００１％／℃以内に改善
される。

更に、出力トランジスタＱ１のコレクターエミッタ間電
圧についても補償を行なっているので、本発明に係る回
路を用いて、Ｄ／Ａ変換器を構成した場合は、優れた直
線性が得られる。

また、電流切替回路のエミッタ電位がスイッチのオン・
オフにかかわらず一定となる回路構成であるため、高速
な動作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電流切替回路の一＋ｌｌ！ｌｉ例
を示した図、第２図〜第５図は従来の電流切換回路の例
を示す図、第６図と第７図は本発明の別の満成例を示し
た図である。 Ｑｏ　、Ｑ＋・・・出力１−ランジスタ、Ｑ２・・・補
（α用トランジスタ、Ｑ１０　・・・トランジスタ、Ｑ
３．Ｑ１＝；・・・ＦＥＴ、ｒｏ・・・定電流源、１１
・・・可変定電流源、Ｒ＋　、Ｒ２・・・調整抵抗、Ｒ
３・・・抵抗、Ｓ・・・スイッチ、「・・・定電圧源。 第１図 第２図　　　第３図 第４図　　　　第５図 第６図 第７図 手　続　補　正　書く方式） ％式％ ２、発明の名称　　　　電流切替回路 ３、補正する者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　東京都武蔵野市中町２丁目９番３２号
名　称　　　　　横河電機株式会社 ４、代理人 住　所　　　　　東京都武蔵野市中町２丁目９番３２＠
横河電機株式会社内 置（入代＞　　＜０４２２＞　　（５４）　１１１１７
、補正の内容 明ｔＩ書の第１頁第３行目に「電流切換回路」とあるの
を「電流切替回路」と補正する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エミッタに定電流源が接続され、ベースに駆動信
   号が加えられ、コレクタから出力電流が取出される出力
   トランジスタと、 この出力トランジスタのコレクタ側にゲートが接続され
   、コレクタ電圧を検出するＦＥＴと、この出力トランジ
   スタのエミッタ側にベースが接続され、出力トランジス
   タと熱的結合を有した補償用トランジスタと、 出力トランジスタと補償用トランジスタのコレクターエ
   ミッタ間電圧を同一にする手段と、出力トランジスタの
   ベース電流と、補償用トランジスタのベース電流とが等
   しくなるように調整する手段と、を備えたことを特徴と
   する電流切換回路。
2. （２）前記出力トランジスタと補償用トランジスタのコ
   レクターエミッタ間電圧を同一にする手段と前記ＦＥＴ
   のソースと補償用トランジスタのコレクタ間に設けた調
   整抵抗と、補償用トランジスタのコレクタへ定電圧を加
   える手段とを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電流切替回路。
3. （３）前記出力トランジスタのベース電流と、補償用ト
   ランジスタのベース電流とが等しくなるように調整する
   手段として、 補償用トランジスタのエミッタに接続された可変定電流
   源を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電流切替回路。
4. （４）エミッタが前記出力トランジスタのエミッタと接
   続され、ベースには、出力トランジスタのベースに加え
   られる信号と相補の関係を有する信号が加えられるトラ
   ンジスタを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電流切替回路。