JPS63178309A - 電流バイアス回路 - 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、半導体集積回路化に通した電流バイアス回路
に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体集積回路に内蔵される電流バイアス回路と
しては、たとえば、東京電機大学出版局発行　「アナロ
グＩＣの基本回路」　第１版（昭和５５年１月２０日）
　　ｐｐ、３１−３３に記載されるような定電流回路が
知られている。これを第３図によって簡単に説明すると
、ＮＰＮ型のトランジスタＴ　ｒｌ＋　ＴＰ＊がカレン
トミラー構成をなし、トランジスタＴ１のエミッタにそ
のコレクタ電流１．を決める抵抗Ｒ１が、トランジスタ
Ｔ１２のエミッタにそのコレクタ電流■２を決定する抵
抗Ｒ茸が夫々接続されている。また、トランジスタＴ□
のコレクタには抵抗Ｒ１が接続され、トランジスタＴ、
のコレクタに負荷２が接続される。

トランジスタＴ　ＰｉＳＴｒｔのベース電位は電流１１
による抵抗Ｒ３の電圧降下によって固定され、この条件
のもとに抵抗Ｒ１によって負荷に流れる電流■２が固定
される。

ここで、トランジスタＴ　ｒｌ＋　Ｔｒｔのベース・エ
ミッタ間電圧にほとんど差がないとすると、電流１＋、
Ｉｇの比は、 と表わされるが、さらに、ＮＰＮ型トランジスタでは、
ベース・エミッタ間電圧が温度に同程度依存するから、
温度に依存させず上式が成り立ち、したがって、トラン
ジスタＴ　ｒ　ｚのコレクタ電流Ｉ２は温度に関係なく
一定に保持される。

ところで、電流バイアス回路に対する負荷回路としては
、特性が温度に依存しない回路ばかりでなく、電流バイ
アス回路が一定の電流を出力すると、負荷回路に流れる
電流が低温では増大し、高温では減少するような温度特
性を有するものもあり、このような負荷回路に対しては
、電流バイアス回路がこの負荷回路の温度特性を補償す
るような温度特性をもつ必要がある。第３図で示した定
電流回路で温度特性をもたせる１つの方法としては、抵
抗Ｒ１の代りにダイオードを用いればよく、温度に応じ
て電流１２を変化させることにより、電流■、を変化さ
せることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、第３図に示した従来技術は、負荷２から出力
トランジスタＴ、のコレクタに電流Ｉ２を引き込むもの
である。これに対し、負荷によっては電流バイアス回路
から電流が送り込まれることが必要なものもある。たと
えば、コンデンサを用いたパルス遅延回路によっては、
このコンデンサに電流を流し込み、その充電電圧が所定
電圧となるまでの時間を遅延時間とするものもあるが、
このようなパルス遅延回路に使用される電流バイアス回
路としては、出力トランジスタのコレクタから電流を流
出することが必要となる。

このような電流バイアス回路を得るｔこめには、第４図
に示すように、トランジスタＴ　ｒｌ＋　ＴｒｔをＰＮ
Ｐ型とすればよい、しかしながら、ＰＮＰ型のトランジ
スタはＮ　Ｐ　Ｎ型のトランジスタに比べ−ｃＮ流増幅
率ｈｔｔａ、ベース・エミッタ間電圧Ｖａｔなどのバラ
ツキが大きく、特に、コレクタ電流Ｉ＋、Ｉ２が大きく
異なる場合には、これらトランジスタＴ□＋　Ｔｒｚの
ベース・エミッタ間電圧Ｖ！１１！の差が大きくなって
電流ｉｚを正確に所定値に設定することができない。

一方、たとえば、ビデオ信号の同期パルスを遅延してキ
ードＡ　Ｇ　Ｃｌ１ｕｌ路のキーパルスやパーストゲー
トパルスを形成するパルス遅延回路などにおいては上記
のようにコンデンサを用いたものが知られているが、こ
れを集積回路化した場合のコンデンサの容量やパルス遅
延時間などから電流バイアス回路から送り込まれる電流
はμＡオーダの微小電流である。第４図に示した電流バ
イアス回路では、この微小電流が電流！、であるが、Ｐ
ＮＰ型のトランジスタのベース・エミッタ間電圧のバラ
ツキを小さくするためにはそのコレクタ電流を小さくす
ればよいことから、トランジスタＴｒＩのコレクタ電流
１　ｒをトランジスタＴ１□のコレクタ電流■２と同程
度あるいはその２倍程度までの微小電流とすればトラン
ジスタＴ　ｒｌ＋　Ｔｒｉのベース・エミッタ間電圧の
バラツキがなくなってコレクタ電流１１．Ｉｇ間に上記
式（１）が成立するが、その反面、微小なコレクタ電流
■、を調整して、電流■２を正確に所定値に設定するこ
とは極めて困難である。

しかも、第４図において、抵抗Ｒ＋の代りにダイオード
を使用し、上記のように１ｉ流バイアス回路に温度特性
をもたせて負荷Ｚの温度特性を補償しようとする場合、
電流■１は微小電流であるために、負荷Ｚの温度特性を
正確に補償できるように、電流１．を温度に応じて微細
に変化させることはできない。

本発明の目的は、かかる問題点を解決し、ＰＮＰ型のト
ランジスタを用いてその特性のバラツキによる影響を排
除し、しかも所望の温度特性を正確にもたせることが可
能なようにした電流バイアス回路を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、一方が出力トラ
ンジスタとなる２つのＰＮＰ型トランジスタで構成され
る第１のカレントミラー回路に２つのＮＰＮ型トランジ
スタで構成される第２のカレントミラー回路を接続し、
この第２のカレントミラー回路によって出力電流の設定
、温度補償を可能としたものである。

〔作用〕

上記第１のカレントミラー回路を構成する２つのＰＮＰ
型トランジスタの夫々のコレクタ電流を互いにほぼ同程
度の微小電流として、これらＰＮＰ型トランジスタの電
流増幅率やベース・エミッタ間電圧のバラツキを同程度
とし、かつ第２のカレントミラー回路におけるダイオー
ド構成のＮＰＮトランジスタのコレクタ電流を該ＰＮＰ
　トランジスタのコレクタ電流に比べて大きく設定する
ことにより、該コレクタ電流の調整で上記第１のカレン
トミラー回路における出力トランジスタのコレクタ電流
を正確に所定値に設定できるし、また、正確な温度特性
ももたせられる。

〔実地例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図はパルス遅延回路を対象例とした本発明による電
流バイアス回路の一実施例を示す回路図であって、ｌは
パルスの入力端子、２は電流バイアス用の抵抗、３はト
ランジスタ、４は温度補償用のダイオード、５．６；よ
トランジスタ、７はトランジスタ６のベース電流を決定
する抵抗、８はトランジスタ５のコレクタ電流を決定す
る抵抗、９はスイッチングトランジスタ、１０は抵抗、
１１はトランジスタ、１２はパル遅延用のコンデンサ、
１３は出力トランジスタ、１４は出力端子である。

また、第２図は第１図における各部の電圧を示す波形図
であって、第１図に対応する電圧には同一符号をつけて
いる。

第１図および第２図において、入力端子ｌには“Ｌ′″
　（低レベル）のパルスａが入力される。いま、このパ
ルスａが入力されず、入力端子ｌが“Ｈ“　（高レベル
）にあるときには、スイッチングトランジスタ９はオン
し、出力トランジスタ１３はベースが接地されてオフ状
態となる。したがって、出力端子１４の電圧Ｃは“Ｈ”
となる。このとき、トランジスタ１１からの電流Ｉ、は
スイッチングトランジスタ９に流れ込む。

次に、入力端子１にパルスａが入力され、入力端子１が
“Ｌ”となると、スイッチングトランジスタ９はオフ状
態となり、トランジスタ１１からコンデンサ１２に電流
■、が流れ込む。このために、コンデンサ１２が充電さ
れ、出力トランジスタ１３のベース電圧すが時間に比例
して上昇する。

いま、常温時において、出力トランジスタ１３のベース
・エミッタ間電圧をｖｌ！とすると、ベース電圧すがベ
ース・エミッタ間電圧Ｖ１ｍ＋に等しくなったとき出力
トランジスタ１３はオンし、出力端子１４の電圧Ｃは“
Ｌ”となる、したがって、出力端子１４の電圧Ｃは入力
端子１の電圧ａよりも時間　ＴＯだけ遅れて立下がるこ
とになる。

その後、入力端子ｌに“し”のパルスａが入力されてい
る間出力端子１４の電圧Ｃは“Ｌ゛に保持されるが、入
力パルスａが終って入力端子ｌが“Ｈ″になると、スイ
ッチングトランジスタ９がオンしてこのスイッチングト
ランジスタ９を介して瞬間的にコンデンサ１２が放電し
、ベース電圧すが低下して出力トランジスタ１３はオフ
する。

これによって出力端子１４の電圧Ｃは“Ｈ”となる。

このようにして、出力端子１４には、入力端子ｌに入力
されるパルスａよりも時間ＴＤだけ遅れたパルス電圧Ｃ
が得られる。

ここで、パルスの遅延時間Ｔ、はコンデンサ１２の容量
、トランジスタ１１からの電流■、および出力トランジ
スタ１３のベース・エミッタ間電圧Ｖａｔで決定される
。ところで、出力トランジスタ１３の高温状態でのベー
ス・エミッタ間電圧は、常温時のベース・エミッタ間電
圧ｖｌ！よりも小さく、Ｖ□′となる。このために、コ
ンデンサ１２の容量およびトランジスタ１１からの電流
■、を一定とすると、このコンデンサ１２に電流１１が
流れ込むことによるベース電圧すは、常温時よりも高温
時の方が早く出力トランジスタ１３のベース・エミッタ
間電圧に達することになり、したがって、高温時におけ
るパルスの遅延時間ＴＤ’　　は常温時におけるパルス
の遅延時間Ｔ０よりも短くなる。

このように温度によって遅延時間が変化する場合、これ
を補償する方法としては、トランジスタ１１からコンデ
ンサ１２に流れ込む電流１．を、常温時に比べて高温時
で減少するように、温度補償する必要がある。さらに、
コンデンサ１２を集積回路内に内蔵させる場合を考える
と、その容量は１０９Ｆ〜２ｈＦに制限され、一方、た
とえば、ビデオ信号の同期パルスを遅延してパーストゲ
ートパルスやキードＡＧＣのキーパルスなどを形成する
場合を例にとると、パルスの遅延時間は数μｓｅｃ程度
となり、したがって、トランジスタ１１からコンデンサ
１２に流し込むべき電流！、は１０μＡ程度の微小電流
とする必要がある。

以上のように、上記の例では、微小電流に対して正確な
温度補償を行なう必要があるが、第１図に示すこの実施
例はこれを実現可能としている。

すなわち、この実施例はトランジスタ３，５゜６．１１
とダイオード４と抵抗２，７，８．１０とからなり、Ｎ
ＰＮ形のトランジスタ３．５とＰＮＰ形のトランジスタ
６．１１とは夫々カレントミラー回路を構成しており、
一方のカレントミラー回路の電流出力トランジスタとな
るトランジスタ５のコレクタと他方のカレントミラー回
路のダイオード構成をなすトランジスタ６のコレクタと
が互いに接続されている。トランジスタ３のコレクタと
電源端子との間には電流バイアス用の抵抗２が設けられ
、そのエミッタと接地端子との間に温度補償用のダイオ
ード４が設けられている。また、トランジスタ５のエミ
ッタと接地端子との間にこのトランジスタ５のコレクタ
′を流１２を決める抵抗８が設けられ、トランジスタ６
のエミッタと電源端子との間にこのトランジスタ６のベ
ース電位を決める抵抗７が設けられている。さらに、ト
ランジスタ１１のエミッタと電源端子との間にトランジ
スタ１１のコレクタ電流を決める抵抗１０が設けられて
いる。ここで、トランジスタ６．１１、抵抗７，１０は
第４図と同じ構成をなしている。

以上の構成において、トランジスタ５のベース電位は電
流！、による抵抗２の電圧降下で決まり、トランジスタ
５のコレクタ電ｍＩｚ、したがって、トランジスタ６の
コレクタ電流Ｉ□はトランジスタ５のベース電位と抵抗
８とによって決まる。また、このコレクタ電流■２によ
る抵抗７の電圧降下およびトランジスタ６のベース・エ
ミッタ間電圧によってトランジスタ１１のベース電位が
決まり、このベース電位と抵抗１０、トランジスタ１１
のベース・エミッタ間電圧とによってトランジスタ１１
のコレクタ電流■、が決まる。

ここで、抵抗８により、トランジスタ６のコレクタ電流
１．はトランジスタ１１のコレクタ電流ｒ、とほぼ同程
度（大きくとも２倍程度）に微小に設定される。これに
より、トランジスタ６．１１間での電流増幅率り、。や
ベース・エミッタ間電圧Ｖ　１％　Ｖ　！Ｉｔ対コレク
タ電流特性にほとんどバラツキがなく、電流■２の値を
正確に設定すれば、電流１１も正確に所定値に設定でき
る。また、抵抗２．８の抵抗値により、電流■、を電流
１２に比べて充分大きく設定する。一般に、ＮＰＮ型の
トランジスタは、ＰＮＰ型のトランジスタに比べ、電流
増幅率Ｋａｆ、ベース・エミッタ間電圧■。、■、□対
コレクタ電流特性などのバラツキは非常に小さく、カレ
ントミラー回路を構成するＮＰＮ型トランジスタ３．５
のコレクタ電流１：＋、Ｉ２の比１ｓ／１ｇが１００倍
程であっても、これらトランジスタ３．５間で特性のバ
ラツキは充分小さい、このために、このカレントミラー
回路の出力トランジスタの出力電流、すなわち、トラン
ジスタ５のコレクタ電流Ｉ２が微小電流であっても、こ
れよりも充分大きな電流■、の値を正確に設定すること
により、電流■ｔの値も正確に設定でき、この結果、ト
ランジスタ１１のコレクタ電流Ｉ。

も正確に設定できる。

同時に、トランジスタ３のコレクタ電流■、は、温度補
償用のダイオード４により、高温時で常温時よりも減少
するように変化する。電流Ｉ３が濾少すると電流Ｉ２、
したがって電流１．が減少することになる。このとき、
電流Ｉｔ　はＰＮＰ型トランジスタの特性バラツキに影
響されないから、抵抗２，８，７．１０などを適宜設定
することにより、ダイオード４の温度特性でもって出力
トランジスタ１３の温度補償が正確に行なえるように、
電流ｌ、に温度特性をもたせることができる。したがっ
て、パルス遅延回路としては、その遅延時間が温度に関
係なく一定となる。

なお、温度補償を必要としないときには、ダイオード４
の代りに抵抗を用いればよい。この場合にも、電流■１
を所定の微小値に正確に設定することが容易である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、特性のバラツキ
が大きいＰＮＰ型のトランジスタを回路素子としながら
、出力電流を非常に微小な所定の値に正確かつ容易に設
定することができ、該出力電流をバイアス電流とする回
路装置の温度補償なども容易に行なえるなど優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電流バイアス回路の一実施例を示
す回路図、第２図は第１図の各部の電圧を示す波形図、
第３図および第４図は夫々従来の電流バイアス回路を示
す回路図である。 ２・・・・・・・・・電流バイアス用抵抗、３・・・・
・・・・・ＮＰＮ型トランジスタ、４・・・・・・・・
・温度補償用ダイオード、５・・・・・・・・・Ｎ　Ｐ
　Ｎ型トランジスタ、６・・・・・・・・・ＰＮＰ型ト
ランジスタ、？、８．１０・・・・・・・・・抵抗、１
１・・・・・・・・・ＰＮＰ型トランジスタ。 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１、第２のＰＮＰ型トランジスタがカレントミラ
   ー構成をなし、該第１のＰＮＰ型トランジスタを出力ト
   ランジスタとする電流バイアス回路において、第１、第
   ２のＮＰＮ型トランジスタでカレントミラー回路を形成
   して該第１のＮＰＮ型トランジスタのコレクタを前記第
   ２のＰＮＰ型トランジスタのコレクタに接続し、前記第
   １のＰＮＰ型トランジスタのコレクタ電流と前記第２の
   ＰＮＰ型トランジスタのコレクタ電流とを互いにほぼ同
   程度に設定するとともに、前記第２のＰＮＰ型トランジ
   スタのコレクタ電流に対して該第２のＮＰＮ型トランジ
   スタのコレクタ電流を充分大きく設定したことを特徴と
   する電流バイアス回路。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記第２のＮＰＮ
   トランジスタのエミッタに温度補償用ダイオードを設け
   たことを特徴とする電流バイアス回路。