JPS63173107A - 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】 （発明の利用分野） 本発明は、定電流回路に関し、特に通称バンドギャップ
リファレンスと呼ばれる基準電圧源を利用した、集・積
化に適しかつ温度に対し安定で、構成が簡単な定電流回
路に関するものである。

（発明の背景） 従来、集積化に適した定電流回路としては、第３図（ａ
）　、　（ｂ）に示される回路が知られている。このう
ちの第３図（ａ）に示される回路は、バンドギヤキャッ
プリファレンスと称される公知の基準電圧電源１の出力
端子より一定電圧Ｖ、（一般に１．２Ｖ程度）を出力さ
せ、回路要素として幅器２（オペアンプ）、ＮＰＮトラ
ンジメタ３．抵抗４を接続し演算増幅器２に負帰還をか
けることで該演算増幅器２の＋、−入力端子を略同−電
位とし、エミッタ電位を上記Ｖ。

となるようにしたものである、したがってこの定電流回
路では、抵抗４に流れる電流は上記ＶＲを抵抗４の抵抗
値で割った値となり、それがＮＰＮトランジスタ３のエ
ミッタ電流となる。

ここでＮＰＮ　ｌ−ランジスタ３の電流増幅率が十分大
きければ該ＮＰＮ　トランジスタ３のエミッタ電流とコ
レクタ電流は略等しくなるから、該ＮＰＮ　トランジス
タ３のコレクタには上記基準電圧電源１の電圧ＶＲを上
述の如く抵抗４の抵抗値で割った一定の電流が常に流れ
続けようとし、定電流回路が構成されるのである。

しかしこのような第３図（ａ）　に示される従来の定電
流回路には次のような問題点がある。

すなわち、回路要素として演算増幅器２を使用するため
に回路構成が複雑となる上、位相補償用のコンデンサを
必要とし、集積化した場合には大きなチップ面積を必要
とすることになる。なお上記位相補償用コンデンサを集
積化から外す場合には外付はコンデンサが必要になるか
ら、いずれにせよ回路の大規模化はまぬがれない、とい
う問題がある。

また上記第３図（ｂ）に示される従来の他の定電流回路
は、　ＮＰＮ　トランジスタ５．６と抵抗７．８によっ
て構成される回路である。この回路においてＮＰＮ　）
ランジスタロのベース電位は通常０．６〜０．８ｖ程度
のトランジスタ”ＢＥとされ、従って抵抗７にはその”
　ＢＥ’該抵抗抵抗７抗値で割りた値の電流が流れる。

ここでＮＰＮトランジスタ５．６の電流増幅率が十分大
きければ抵抗７に流れる値の電流そのものがＮＰＮ　ト
ランジスタＳのコレクタに流れ込もうとするため、該Ｎ
ＰＮ　トランジスタ５のコレクタ電流はＮＰＮ、）−ラ
ンジスタロの上記ｖＢＥ？抵抗７の抵抗値で割った一定
の電流値となって定電流回路を構成することになる（　
ＮＰＮトランジスタ５には電流帰還がかかつているため
そのコレクタのインピーダンスは高くなる）。

しかしこのような従来の定電流回路にも次のような問題
点がある。

すなわち、この第３図（ｂ）に示される定電流回路にお
いては上述の如＜　　ＮＰＮ）−ランジスタロのｖＢＥ
！利用しているが、該ＮＰＮ　トランジスタ６の電流増
幅率は有限の値であるから、正確にはベース電圧の影響
も考慮しなければならない。具体的にはこのｖＢＥは約
−２ｍＶ／℃の温度係数をもっており、したがって該Ｎ
ＰＮトランジスタ６のベース電圧は、温度が高くなると
小さくなる。その上、拡散抵抗、ピンチ抵抗等の集積化
に適した抵抗器は正の温度係数をもつため、抵抗７の電
流は温度が上がると上記ｖＢＨの要因以外の影響を受け
て更に小さくなる。したがってこの第３図（ｂ）で示さ
れる構成の定電流回路は、構成は簡単であるものの環境
に大きな影響を受ける難がある。

（発明の目的） 本発明は以上の観点からなされたものであり、その目的
は、従来の問題点を解消し、集積化に適して簡単かつ小
さな構成を有し、また精度が高く環境（温度）の影響を
受は難い特徴をもった定電流回路を提供するところにあ
る。

（発明の概要） 而して、かかる目的の実現のためになされた本発明より
なる定電流回路の特徴は、例えば定電流ＰＮＰ　）ラン
ジスタを駆動させるバイアス回路が、バイアス電源から
（第一）　　ＰＮＰ）ランジスタ、（第二）　　ＮＰＮ
トランジスタ次いでバンドギャップリファレンスタイプ
の基準電圧源に接続された第１の回路と、該第１の回路
に並列されて上記バイアス電源から（ｖＳ三）　　ＰＮ
Ｐ）ランジスタ、（第四）　　ＮＰＮ）ランジスタロい
でエミッタ抵抗を介して接地された第２の回路とを備え
、上記第１及び第２の回路のＮＰＮ　ｌ−ランジスタの
ベースは上記第１の回路のＰＮＰ　トランジスタのコレ
クタに接続され、上記第２の回路のＮＰＮ　）−ランジ
スタのコレクタは上記各ＰＮＰトランジスタのベースに
共通接続されている構成をなしているところにある。ま
た上記第一、第三の各トランジスタをＮＰＮ　トランジ
スタに、また第二、第四の各トランジスタをＰＮＰ　ト
ランジスタにそれぞれ置き換え、電源の極性を逆にする
ことで全く同様に本発明の定電流回路を構成できる。

（発明の実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明よりなる定電流回路の構成概要−例を示
した図であり、この図において９は、上記従来例として
説明した第３図（ａ）の定電流回路で用いているのと同
様の出力電圧ｖＲが（１，２Ｖ）の基準電圧源であるが
、その詳細については第３図に基すいて後に詳しく述べ
る。

ｌｏ、ｉｔ、ｔ２は同一の特性を有するＰＮＰ　トラン
ジスタであり、ＰＮＰトランジスタ１２のコレクタが本
例の定電流回路の出力端子をなしている。

また１１はダイオード接続になっている。

１３．１４．１５．１６は同一の特性を有するＮＰＮト
タンジスタであり、１５．１６はダイオード接続になっ
ている。

１７．１８は抵抗である。

また該回路の電源電圧（バイアス電源）は図中Ｖｃｃで
示したラインで、上記のＰＮＰ　トランジスタ１１〜１
２のエミッタ及び抵抗１８の一端に接続されている。

次に本例の定電流回路の構成をその動作に沿って以下順
次に説明する。

まず、　ＰＮＰ　トランジスタｌＯ〜１２の各エミッタ
に接続されている電源電圧ラインＶｃｃに電圧が印加さ
れると、ＮＰＮ　トランジスタ１５．抵抗１８のダイオ
ード抵抗直列回路に電流が流れ、該ＮＰＮトタンジスタ
１５のベースおよびコレクタの電位は１ダイオ一ド電圧
降下分（おおよそ０．７Ｖ）となる。

この際に、ＮＰＮトランジスタ１４のベース電位も同一
となる結果、該ＮＰＮ　トランジスタ１４のコレクタに
は、抵抗１７の値に応じて上記ＮＰＮ　トランジスタ１
５のコレクタ電流より小さな電流が流れることになる。

ここでＮＰＮ　トランジスタ１４の負荷はダイオード接
続されたＰＮＰ　トランジスタ１１である故、該ＰＮＰ
　ｈランジスタ１１にも上記ＮＰＮ　トランジスタ１４
のコレクタ電流と同一の電流が流れ、その値により　Ｐ
ＮＰ　）−ランジスタ１１のベース−エミッタ間電圧が
決定される。ＰＮＰ　トランジスタｌＯと１１のベース
は図示の如く共通接続されているため、ＰＮＰトランジ
スタ１１の電流はＰＮＰ　トランジスタ１０に穆し換え
（カレントミラー）され、ダイオード接続されたＮＰＮ
　）ランジスタ１６に流れ込む。一方このＮＰＮ　トラ
ンジスタ１６のエミッタ端子は基準電圧源９の出力端子
（出力電圧ｖＲ＝　　１．２Ｖ）に接続されているため
、該ＮＰＮ　トランジスタ１６のベースおよびコレクタ
電位は上記基準電圧源９の出力電圧ＶＲより１ダイオー
ド電圧上昇した値（約１．９Ｖ　）となり、その電圧が
ＮＰＮトランジスタ１３のベースに印加される。

上記ＮＰＮ　トランジスタ１３と１４の各ベース電圧を
比較すると、前述の如＜　　ＮＰＮトランジスタ１３の
ベース電圧は約１．９Ｖであり、他方ＮＰＮトランジス
タ１４のベース電圧は約０．７ｖであるように、　ＮＰ
Ｎ　トランジスタ１３のベース電圧の方が明らかに高い
ためＮＰＮ　トランジスタ１４は遮断状態に切り換り、
ＮＰＮトランジスタ１３のエミッタ電位は該ＮＰＮ　ト
ランジスタ１３のベースーエミタ間電圧分（約０．７Ｖ
）下った値となり、その値を抵抗１７の抵抗値で割りた
値が該ＮＰＮ　）−ランジスタ１３のコレクタに流れる
（各トランジスタのエミッタ接地電流増幅率ｈｆｅは十
分大きいものとする）。

ここでＮＰＮ　）−ランジスタ１３のエミッタ電位につ
いてより詳しく説明すると、前述のようにＰＮＰ　トラ
ンジスタｌＧと１１のコレクタ電流は等しいため、　Ｎ
ＰＮ　トランジスタ１６と　ＮＰＮ　トランジスタ１３
のコレクタの電流も等しくなる。したがってＮＰＮ　ト
ランジスタ１６と　ＮＰＮ　トランジスタ１３のコレク
タのベース−エミッタ間電位は等しくなり、該ＮＰＮ　
トランジスタ１３のエミッタ電圧は基準電圧源９の出力
電圧ＶＲ（１，２Ｖ）の電圧となる。このためＮＰＮ　
トランジスタ１３のコレクタ電流は上記ｖＲを抵抗１７
の抵抗値で割った値となり、このｖＲおよび抵抗１７の
抵抗値が温度等の環境に影響されないものであれば、該
ＮＰＮトランジスタ１３のコレクタ電流及びそれと等し
いＰＮＰ　トランジスタ１０．１１のコレクタ電流値は
、安定した定電流値に決定される。

そしてＰＮＰ　トランジスタ１２のベース−エミッタ間
電圧は、　ＰＮＰ　トランジスタ１１のそれと同じであ
るため、一方のＰＮＰ　トランジスタ１１のコレクタ電
流値をｉｏ　　（＝　Ｖ　ｎ　／　Ｒ：ただしＲは抵抗
１７の抵抗値）とすれば、ＰＮＰトランジスタ１２のコ
レクタ電流も上記ｉｏの一定電流値となる。

以上のような構成をなす定電流回路によれば、第３図（
ａ）で説明した従来例のようなループ利得の大きい負帰
還部がないため位相補償用のコンデンサは不要であり、
構成が簡単であると共に回路規模も小さくなるという特
徴が得られる。また、第３図（ｂ）で説明した従来例と
は異なり、出力電流値の温度特性が小さい（基準電圧源
９の出力電圧ｖＲの温度係数は、回路要素の設定により
零とすることが可能であるため、本例の定電流回路の温
度による変動は抵抗１７の温度係数による影響だけとな
る。なおこの点は第３図（ａ）の例においても同じであ
る）という特徴が得られる。

以上述べた第１図の実施例により説明されるように、本
発明よりなる定電流回路は、構成が簡単で回路規模が小
さいものとして得られ、環境（温度）の影響は抵抗１７
の温度特性のみに限定されているという特徴を有するも
のとなる。

そして本発明の更に好ましい態様の実施例として、上記
抵抗１７に由来する温度特性の影響を除いた次の構成を
有する定電流回路を示すことができる。すなわちこの実
施例は、上記抵抗１７の温度特性による影響を基準電圧
源の回路要素の設定によって除去するようにした例のも
のである。

すなわち上記第１図で示した基準電圧源９には、第２図
の等価回路で示される周知の構成のバンドギャップリフ
ァレンスである安定化電源が用いられている。その詳細
動作は既知のものと同じであるためここではその説明を
省略するが、このタイプの基準電圧源においては、その
回路中のＮＰＮ　トランジスタ１９のベース−エミッタ
間電圧をｖＢＥとし、ＮＰＮ　トランジスタ２０．２１
のコレクタ電流を各々１１＋Ｉ２とすると、当該基準電
圧源９の出力電圧ｖＲの値は Ｌｓ−ΔＶ ＲＢＥＲ３ＢＥ ＡＶ、Ｅ＝ＶＴＩｔｎ　）ト　（ｙ　、　＝　ｖ）とな
る（ただしに：ボルッマン定数、ｑ：電荷、Ｔ：絶対温
度）。

ここでＶ、の温度特性を考えてみると、上述の如＜、Ｎ
ＰＮトランジスタ１９のベース−エミッタ間電圧ｖＢＥ
は約−２ｍＶ／ｌの温度係数をもっており、ΔｖＢＥは
次式のように正の温度係数をもっている。

ここで１１／１２＝１０となるように第２図中の抵抗Ｒ
１＊　Ｒ３を設定すると、常温（＋２５℃）の基準で上
記？ヰ」（ｌ−一は ｈＪｌ　ｎ　”：：　Ｑ　、　２　ｍ　Ｖ　／　ｔｌ：
となり、Ｒ２／Ｒ３＝１０となるようにＲ２゜Ｒ３を設
定すれば、ｌＬΔ”ＢＨの温度特性は＋２ｍＶ／ｌ：と
なって、上記ｖＢＥの温度特性−２ｍＶ／’ｅと打消し
あって結局当該基準電圧源の出力ｖＲの温度係数は零と
なることが分る。

ところで、第１図の例において説明しているように、該
第１図の構成を有する定電流回路で抵抗１７に拡散抵抗
あるいはピンチ抵抗を用いるとすると、これらの抵抗は
例えば＋２０００ｐｐｍ／ｌの正の温度係数をもつため
、上記基準電圧源９自体における温度係数を零としたと
しても、この基準電圧源９を使用した第１図の定電流回
路の出力電流（すなわちＰＮＰ　トランジスタ１２のコ
レクタ電流）は、上記の抵抗の＋２０００ｐｐ＋ａ／’
ｅの正の温度係数に由来した負の温度係数をもったもの
となる。

そこで第１図及び第２図で説明される本発明の別の実施
例においては、上記した抵抗１７に由来した定電流回路
の負の温度係数を、この基準電圧源９の回路要素（Ｒ２
＋　Ｒ３）の設定により補償させるようにして、定電流
回路の全体としての出力電流の温度特性を除去させるよ
うにした。

すなわちこのためには、上記第１図における基準電圧源
９の出力電圧ｖＲの温度特性として、上記の例で言えば
抵抗１７と同じ温度特性である＋２０００ｐｐｍ／ｌｌ
：を与えるために、第２図に示される回路において抵抗
Ｒ，，Ｒ３の関係を次のように設定すればよいことにな
る。

つまり基準電圧源９の出力電圧ｖＲが、例えば常温（＋
２５℃）で１．２ｖとすると、２．４　ｍＶ／ｌの温度
特性により上記目的は達成されるから、結局−ＨΔ”Ｂ
Ｅの温度係数は２．４−（−２）　−４，４ｍＶ／ｌと
すればよく、つまりは汁の比を４．４１０．２−２２と
すればよいことになる。

このような基準電圧源の回路要素の値を特定した構成を
有する第１図の定電圧回路によれば、上述した抵抗１７
の温度特性の問題も解消され、集積化に適しかつ小規模
構成の定電流回路が、しかも精度がよく環境（温度）の
影響も除去されたものとして得られる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明よりなる定電流回路によれば
、集積化に適した簡単かつ小さな構成を有し、また精度
が高く環境の影響を受は難い特徴をもった定電流回路が
得られ、その有用性は極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明よりなる定電流回路の構成概要−例
を示した回路歯、第２図は公知のバンドギャップリファ
レンスタイプの基準電圧源の構成例を示した回路図であ
る。 第３図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ従来の定電流回路
の例を示した回路図である。 １：基準電圧源　　　　２：演算増幅器３：ＮＰＮトラ
ンジスタ　４：抵抗 ５、　８　：　　ＮＰＮトランジスタ ７．８：抵抗 ９：基準電圧源 １０〜１２：　　ＰＮＰトランジスタ １３〜１６：　　ＮＰＮトランジスタ １７．１８　：抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）定電流トランジスタを駆動させるバイアス回路が
   、バイアス電源から第一トランジスタ、第二トランジス
   タ次いでバンドギャップリファレンスタイプの基準電圧
   源に接続された第１の回路と、該第１の回路に並列され
   て上記バイアス電源から第三トランジスタ、第四トラン
   ジスタ次いでエミッタ抵抗を介して接地された第２の回
   路とを備え、上記第１及び第２の回路の第二、第四トラ
   ンジスタのベースは上記第１の回路の第一トランジスタ
   のコレクタに接続され、上記第２の回路の第四トランジ
   スタのコレクタは上記各第一、第三トランジスタ及び定
   電流トランジスタのベースに共通接続されていることを
   特徴とする定電流回路。
2. （２）上記バンドギャップリファレンスタイプの基準電
   圧源の出力電圧に、上記第２の回路のエミッタ抵抗の温
   度係数に等しい温度係数をもたせたことを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の定電流回路。