JPS63156208A - 定電流回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体集積回路内に用いられる定電流回路に
関するものである。

従来の技術 近年、バイポーラ集積回路の集積化が進んでいる。その
際、消費電力を押え、集積度を上げるために用いられる
高抵抗は温度係数が大きいという欠点をもつ。そのため
この高抵抗を用いた定電流源は温度特性が大きいという
欠点をもっていた。

以下、図面を参照しながら上述したような従来の定電流
回路について説明を行う。

第３図は従来の定電流回路を示すものである。

第３図において、１２は温度係数の大きい高抵抗、１３
はＮＰＮトランジスタ、１４は温度係数の大きい抵抗、
１５はＮＰＮトランジスタ、１６は温度係数の大きい抵
抗、１１はＮＰＮ　トランジスタ１５、抵抗１６よりな
る定電流源を用いるような回路人である。

以上のように構成された定電流回路について、以下その
動作について説明する。まず、温度係数の大きい抵抗１
２の抵抗値をＲ５とし、温度係数の大きい抵抗１４の値
をＲ６とすると、ＮＰＮ　トランジスタ１３にはほぼ Ｉ”（ｖＣ’ＣＶ＋ｘ）／（Ｒｓ＋Ｒｅ）なる電流が流
れる。なおＶＣＣは電源電圧、ＶＩＩＫはトランジスタ
１３のベース・エミッタ間電圧である。また抵抗１θの
値もＲ６とすると、トランジスタ１６には、トランジス
タ１３の電流がミラーされ、はぼ上記と同じ Ｉ　＝　（ＶＣＣ−ＶＢ、）　／（Ｒｓ＋Ｒｅ　）の電
流が流れる。このようにして回路人の定電流源は動作す
る。

発明が解決しようとする問題点 ところが、集積回路内では消費電流を小さくすることが
求められ、同時にチップサイズを小さくすることが求め
られている。そのため、抵抗１２゜抵抗１４としては少
い面積で高抵抗を得られるものが用いられる。しかし、
一般にこれらの高抵抗は温度係数が大きく、定電流源の
温度特性が大きいという欠点があった。仮に、ｖｃｃ＝
ｓ、３ｖ。

ＶＢ”　＝０−　了ｖ、　Ｗａｘ　Ｏ温特−２ｍＶ／’
Ｃ，Ｒ５＝ｓ４にΩ、Ｒ６＝２にΩ、Ｒ５，Ｒｅの温度
係数５８００　Ｐ、　Ｐ、Ｍ　／°Ｃ（ＶＢ、、抵抗値
は３０　’Ｃの時の値とする）とすると、３０°Ｃのと
き前記数式により定電流源の電流工はＱ、１１１１人と
なる。

次に、温度が−２０’Ｃになったとすると、ＶＢＸ＝ｏ
、ｓｖ、Ｒ５＝３８にΩ、Ｒ６＝１．４にΩとなり定電
流源の電流工は０．１４ｍ人となる。

また、温度が８ｏ′Ｃになったとすると、ｖ８１　＝０
．６Ｖ、Ｒ５＝７０にΩ、Ｒ８＝２．６にΩ　となり定
電流源の電流工は０．０７９ｍ人となる。

以上より、温度が±６０°Ｃ変化すると定電流源の電流
工は一２１％、＋４ｏ％変化することになり回路人の特
性が変わってしまう場合がある。

本発明は上記問題点に鑑み、温度に対して安定な定電流
回路を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 この目的を達成するために、本発明の定電流回路は、電
源より温度係数の大きい第１の抵抗と第２の抵抗を直列
に接続し、この第２の抵抗に温度補償用のダイオードの
アノード側を接続し、任意の数のダイオードをこのダイ
オードに直列に接続し、さらに第１及び第２の抵抗の交
点にＮＰＮ　トランジスタによるエミッタフォロアのベ
ースを接続し、前記エミッタフォロアのエミッタに温度
係数の小さい第３の抵抗の一端を接続し、前記第３の抵
抗の他端には第１のＮＰＮ　（またはＰＮＰ　）トラン
ジスタのコレクタとベース及び第２のＮＰＮ（またはＰ
ＮＰ）トランジスタのベースを接続し、第１のＮＰＮ（
またはＰＮＰ）トランジスタのエミッタと接地点の間に
温度係数の小さい第４の抵抗を接続し、第２のＮＰＮ（
またはＰＮＰ　）　トランジスタと接地点の間に温度係
数の小さい第５の抵抗を接続し、前記第２のＮＰＮ（ま
たはＰＮＰ）トランジスタのコレクタに適当な第１の回
路を接続して構成されている。

また上記ＮＰＮ　トランジスタに代ってＰＮＰ　トラン
ジスタを用いた場合は、ダイオードの挿入される位置が
変わるだけである。

作用 このような構成によって、第１及び第２の抵抗は温度係
数は大きいが、第１及び第２の抵抗の交点には比較的安
定した電圧が得られる。また、この第１及び第２の抵抗
の交点を低い電圧に設定することにより、第１及び第２
の抵抗の交点にＮＰＮ（ＰＮＰ）トランジスタによるエ
ミッタフォロアのベースに接続すると前記エミッタフォ
ロアのエミッタには、安定した低い電圧が得られる。こ
のエミッタフォロアのエミッタより温度係数の低い第３
の抵抗と第１のＮＰＮ（ＰＮＰ）トランジスタ及び温度
係数の低い第４の抵抗により安定した電流が得られる。

これを第２のＮＰＮ　（ＰＮＰ　）トランジスタにミラ
ーすることにより、温度に対して安定した定電流源を得
ることができる。

またＰＮＰ　トランジスタを用いた場合も前記と同じ作
用により温度に対して安定した定電流源を得ることがで
きる。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。第１図は本発明の一実施例における定電流源
回路の構成を示すものである。第１図において、１は温
度係数の大きい高抵抗、２は同じく温度係数の大きい高
抵抗、３．４は温度補償用ダイオード、６はエミッタフ
ォロアを構成するＮＰＮトランジスタ、６は温度係数の
小さい低抵抗、７はＮＰＮ　トランジスタ、８は温度係
数の小さい低抵抗、９はＮＰＮトランジスタ、１゜は温
度係数の小さい低抵抗、１１はＮＰＮ）ランラスタ９．
低抵抗１ｏで構成される定電流源を用いる回路ムである
。

以上のように構成された定電流源回路について、以下そ
の動作について説明する。まず、温度係数の大きい高抵
抗１の値をＲ１、同じく高抵抗２の抵抗値をＲ２、温度
係数の小さい低抵抗６の値をＲ３、同じく低抵抗８．１
０の抵抗値をＲ４とする。また電源電圧をＶＣＣ，ＮＰ
Ｎトランジスタ５．７．９のベース・エミッタ間電圧を
Ｍｕとすると、ダイオード３．４に流れる電流Ｉｏは、
Ｉｏ＝　（Ｖ＋ＣＧ−２ｘ　ＶｌＫ）／（Ｒ１＋Ｒ２）
　−（１）となる。

これにより、ＮＰＮトランジスタロ０ベース電位Ｔｏは ｖｏ＝２ＸＶＢ、　−１−ＩＱ　ＸＲ２＝　２Ｘｖｓｘ
　＋　（ＶＣＣ−２ＸＶＢｚ）Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）−
（２）となり、ＮＰＮトランジスタロのエミッタ電位ｖ
１は ｖｌ　＝７ｏ　　　ＶＢＩ ＝Ｖａｘ＋（ＶＣＣ−２ＸＶｉ＋ｘ）Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ
２）　　・−（３）となり、ＮＰＮトランジスタ７を流
れる電流工１は Ｉ＋＝（Ｖｌ　Ｖｍｚ）／（Ｒｓ＋Ｒ４）＝（ＶＣＣ−
２ｘｖ、）ｕ２／（Ｒ１＋Ｒ２）（Ｒ３＋１４）−−−
（４）となる。

この電流工１がＮＰＮトランジスタ９にミラーされ、抵
抗８と抵抗１ｏの値が等しいことにより、ＮＰＮ　トラ
ンジスタ９には（４）式で示される電流工１が流れる。

次にこの回路構成をとったときに電流工１が温度に対し
て安定であることを示す。

少電流化とチップサイズを小さくするために、抵抗１及
び２には少い面積で高抵抗が得られるものを用いる。こ
こでは１つの単位正方形で２．５にΩというようなもの
を想定する。しかしこの高抵抗は一般には温度係数が大
きくここでは５８００Ｐ、Ｐ、Ｍ／’Ｃとする。次に抵
抗６．８はトランジスタ５のエミッタ電位が低いために
小電流を達成するにも低抵抗で良いことになる。ここで
は単位正方形で２００Ωというようなものを想定する。

そしてこの抵抗は面積は必要とするが温度係数は小さく
、ココテは４　ｅ　ｏ　Ｐ、　Ｐ、　Ｍ／’Ｃとする。

’ｊりＶ＋ｘの温度特性は一２ｍＶ／’Ｃとする。

次に３０　’Ｃで、Ｒ１＝４３にΩ、Ｒ２＝ａＫΩ、Ｒ
３＝４にΩ、Ｒ４＝２にΩ、Ｗａｘ　＝０．７　Ｖ　ト
すると（３）式、（４）式よりＮＰＮトランジスタ５の
エミツタ電位’／１　＝ｊ、３ｖ、ＮＰＮ　）う７ジス
タ７を流れる電流Ｉ、＝１００μ人となる。

次に温度が一２０’Ｃになったとすると、Ｒ１＝３０、
５　ＫΩ、Ｒ２＝４．２６にΩ、Ｒ３＝３．９にΩ、Ｒ
４＝１．９５にΩ、ＶＢＩ　＝０．８　Ｖとなり、上記
同様Ｖ１　＝１．３８Ｖ、　Ｉｔ　＝　９８　μ人とな
る。

また温度が８０　’Ｃになったとすると、Ｒ１＝５５．
５にΩ、Ｒ２＝７．７にΩ、Ｒ３＝４．ＩＫΩ、Ｒａ＝
２．０！５にΩ、Ｖａｘ＝０．６Ｖとなり、上記同様ｖ
、　＝＝　１．２２Ｖ、１１＝１０１μ人となる。

このように、かかる構成によれば、前記のように温度が
±６０°Ｃ変化し、温度係数の大きいＲ１゜Ｒ２が±３
Ｑ％変化しても、定電流源の電流値工１は＋１俤〜−２
％しか変化せず温度に対してきわめて安定な定電流源回
路が得られる。これは温度係数の良い抵抗を用いれば実
現出来るが単位正方形で２００Ωという抵抗を用いると
１．単位正方形で２．５にΩの抵抗に比べ１２．５倍の
長さが必要となり、集積回路のチップ面積は増大してし
まう。

本構成は温度係数の大きい高抵抗と温度係数の小さい低
抵抗の組み合せにより、少電流化と集積回路のチップ面
積の削減をしつつ、きわめて温度に対して安定な定電流
回路を提供する。

また第２図にはＰＮＰトランジスタ５’、　７’、　９
’を用いた実施例を示しであるが、この場合はダイオー
ド３．４の挿入される位置等が変わるだけで、その動作
については第１図のものとほぼ同じであるため、ここで
は説明を省略するが、第１図の場合と同じようにきわめ
て温度に対して安定な定電流回路を得ることができる。

発明の効果 以上のように、本発明は、集積回路上で面積が小さくて
すむが温度係数の大きい抵抗を高抵抗として用い、面積
が大きくなるが、温度係数の小さい抵抗を低抵抗として
用い、集積回路の小電流化とチップ面積の減少を実現し
つつ、温度に対してきわめて安定な定電流回路を得るこ
とができ、その実用的効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における定電流回路の回
路図、第２図は本発明の第２の実施例における定電流回
路の回路図、第３図は従来例の回路図である。 １．２・・・・・・温度係数の大きい高抵抗、３．４・
・・・・・ダイオード、５，７．９・・・・・・ＮＰＮ
トランジスタ、８，８．１０・・・・・温度係数の小さ
い低抵抗、１２．１４．１６・・・・・・温度係数の大
きい抵抗、１３゜１６・・・・・ＮＰＮトランジスタ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ノー
ｉゴｔ７１．（Ｒ＋）　（二ｌ四３二１１ミヒｈミも大
）ど−柱面？）（悲伍歌人） ３−夕どオード ４−−ダイオード ５−ＮＰＮ）フンジスフ ロー−１で（９り乙（Ｆこ３）（μ憬款小ン７−ＮＰＮ
トランジスタ ｇ−ＴＬａ（Ｆｅｄ）　凸眠浅Ａ奪ずＱＩ　＼）ノｌ−
−固ム４ハ 第１図 ｌ−８肌（Ｒ１）（悪友）麗歌人） ？−毛帆ＣＦ？−’？＞　（Ｊ大係歌人）３−列１−ド ４−′；ｒ／ｊオード ８’　−ＰＮＰトラ万スフ ６′−抵抗（召）（温葛漂■］１） ７’＝ＰＮＦ’ドランジスク ｇ’　−１ｔ（Ｒ４）（」Ｌ聚ｆπぞぐｈ）第　２　図
　　　　　　　　　　　　９’−ＰＮＰトランジスタＩ
Ｏ’−％＊Ｇ？４）　Ｃ戻鷺珀りｈ＊ｔｌｚ）／／−一
　巨じ４Ａ １／　　−一　ル］Ｙ系、へ ｌ？−七肌（ＦｅＦ２＞（邪友搭も不）／３−ＮＰＮド
ラシジズタ ／４−１へ千’Ｌ（Ｒ６）（盗に５糸重ぐＫ）／δ−−
ＮＰＮドラシシスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度係数の大きい第１の抵抗と第２の抵抗とを直
   列にして電源に接続し、前記第２の抵抗に温度補償用の
   ダイオードのアノード側を接続し、任意の数のダイオー
   ドを前記ダイオードのカソードに直列に接続し、その最
   後のダイオードのカソードを接地し、さらに前記第１、
   第２の抵抗の交点にＮＰＮトランジスタによるエミッタ
   フォロア回路のベースを接続し、前記エミッタフォロア
   回路のエミッタに温度係数の小さい第３の抵抗の一端を
   接続し、前記第３の抵抗の他端に第１のＮＰＮトランジ
   スタのコレクタとベース及び第２のＮＰＮトランジスタ
   のベースを接続し、第１のＮＰＮトランジスタのエミッ
   タと接地点の間に温度係数の小さい第４の抵抗を接続し
   、前記第２のＮＰＮトランジスタと接地前記第２のＮＰ
   Ｎトランジスタのコレクタに第１の回路を接続し、第２
   のＮＰＮトランジスタが第１の回路の定電流源となるよ
   うにしたことを特徴とする定電流回路。
2. （２）温度係数の大きい第１の抵抗と温度係数の大きい
   第２の抵抗を直列にして接地に接続し、前記第２の抵抗
   に温度補償用のダイオードのカソード側を接続し、任意
   の数のダイオードを前記ダイオードのアノードに直列に
   接続し、その最後のダイオードのアノードを電源に接続
   し、さらに前記第１、第２の抵抗の交点にＰＮＰトラン
   ジスタによるエミッタフォロア回路のベースを接続し、
   前記エミッタフォロアのエミッタに温度係数の小さい第
   ３の抵抗の一端を接続し、前記第３の抵抗の他端に第１
   のＰＮＰトランジスタのコレクタとベース及び第２のＰ
   ＮＰトランジスタのベースを接続し、第１のＰＮＰトラ
   ンジスタのエミッタと電源の間に温度係数の小さい第４
   の抵抗を接続し、前記第２のＰＮＰトランジスタと電源
   の間に温度係数の小さい第５の抵抗を接続し、前記第２
   のＰＮＰトランジスタのコレクタに第１の回路を接続し
   、第２のＰＮＰトランジスタが第１の回路の定電流源と
   なるようにしたことを特徴とする定電流回路。