KR0164528B1 - 전원 전압 독립형 정전류원 회로 - Google Patents

전원 전압 독립형 정전류원 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원전압 독립형 정전류원 회로를 공개한다. 그 회로는 제1노드에 기준전류를 제공하는 기준전류원, 상기 제1노드와 제1전원 라인에 연결되어 상기 기준전류를 미러하여 미러된 제1,2전류들을 각각 제2 및 제3노드에 공급하기 위한 제1전류 미러수단, 제2전원 라인과 상기 제2노드사이에 연결되어 상기 미러된 제1전류를 미러하여 미러된 제3전류를 제4노드에 공급하기 위한 제2전류 미러수단, 및 상기 제4노드와 상기 제1전원 라인사이에 연결되고, 상기 제3노드와 상기 제1전원 라인사이의 전압을 바이어싱하는 전압 바이어싱 수단으로 구성되어 있다. 따라서, 모두 1단의 베이스-에미터 전압으로 콜렉터-에미터사이의 전압을 바이어싱하고 있어 베이스-에미터사이의 전압으로 인한 오차가 발생하지 않으며 전원전압의 변동이나 온도 변화에 대해서 기준전류와 종속전류와 오차를 더욱 더 줄일 수 있다.

Description

전원전압 독립형 정전류원 회로
본 발명은 전류원 회로에 관한 것으로, 특히 전원전압에 독립적인 정전류원 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 전류원 회로는 아날로그 집적회로에서 바이어스 회로에 사용하며 또한 증폭단의 부하장치로 널리 사용된다. 이상적인 정전류원은 두 단자간의 전압에 관계없이 항상 일정한 전류가 흐르도록 하며, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT; bipolar junction transistor)에서 베이스 전류를 일정하도록 하고, 활성 영역에서 콜렉터와 에미터사이의 전압이 변할지라도 콜렉터와 에미터사이의 전류가 일정하게 흐르도록 한다. 그러나, 실제적인 전류원은 전류원이 포함하는 트랜지스터가 온도 변화나 전압의 변화에 대하여 콜렉터 전류의 변화가 발생한다.
제1도는 두 개의 단자에 일정한 바이어스 전류를 흐르도록 한 종래의 전류원으로서, 베이스와 에미터가 서로 연결된 한쌍의 트랜지스터들(Q1,Q2)을 가지며, 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 흐르는 전류가 제1트랜지스터(Q1)와 상기 제2트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결된다. 즉, 전류 미러의 구성을 나타내는 것이다.
상기와 같은 구성으로 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 흐르는 기준전류(Iref) 즉, 전류(Ic1)가 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터에도 부하에 관계없이 미러된 전류(Ic2)가 흐르도록 한다.
그러나, 이러한 종래의 전류원은 제3도에 나타낸 바와 같이 모든 트랜지스터가 문턱전압(VT)을 가지고 있으므로 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터와 에미터사이의 전압의 변화분(ΔVCE2)에 대해 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터 전류의 변화분(ΔIc2)이 발생하고, 그러한 콜렉터 전류의 변화분(ΔIc2)은 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터 전류(Ic1)와의 오차가 된다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제2도의 윌슨 전류원 회로가 설계되었다. 월슨 전류원 회로는 제1노드(node1)에 기준전류(Iref)를 제공하는 기준 전류원(I0)이 있고, 제1노드(node1)와 접지 라인(5)사이에 콜렉터 및 에미터가 연결되고 베이스가 제2노드(node2)에 연결되는 제1트랜지스터(Q1)가 있으며, 제1노드(node1)에 베이스가 연결되고 콜렉터가 제2노드(node2)에 연결되는 제2트랜지스터(Q2) 및 제2노드(node2)와 제1접지 라인(5)사이에 콜렉터 및 에미터가 연결되고 제2노드(node2)에 베이스가 연결된 제3트랜지스터(Q3)로 구성되어 있다. 제1트랜지스터(Q1)와 제2트랜지스터(Q2)의 구성은 기준전류(Iref)를 미러하기 위한 전류 미러의 구성이다.
상기와 같이 구성된 윌슨 전류원은 기준전류(Iref)와 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터 전류(Ic1)의 차이가 제3트랜지스터(Q3)의 베이스에 흐르며, 또한, 제3트랜지스터(Q3)의 베이스 전류(Ib2)는 제3트랜지스터(Q3)의 증폭분에 의해 증가되어 다이오우드로 연결된 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터에 전류(Ic3)를 흐르게 한다. 따라서, 제1 및 제2트랜지스터들(Q1,Q2)의 콜렉터에 흐르는 전류들(Ic1,Ic3)은 동일하게 된다.
그러나, 윌슨 전류원은 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터-에미터사이의 전압(VCE1)은 2단의 제2 및 제3트랜지스터들(Q2,Q3)의 베이스-에미터사이의 전압(VBE2,VBE3)으로 유지시키고 있지만, 제2트랜지스터(Q2)의 콜렉터-에미터사이의 전압(VCE2)은 제2트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터사이의 전압(VBE2)으로만 유지하고 있어, 제1 및 제2트랜지스터들(Q1,Q2)의 콜렉터-에미터사이의 전압들(VCE1,VCE2)사이에는 제3트랜지스터(Q3)의 1단의 베이스-에미터사이의 전압(VBE3)만큼 오차가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 모두 1단의 베이스-에미터 전압으로 각 콜렉터-에미터사이의 전압을 잡을 수 있게 하여 베이스-에미터사이의 전압으로 인한 오차가 발생하지 않고, 기준전류에 대하여 같은 크기의 종속 전류가 흐르는 전원 전압 독립형 정전류원 회로를 제공하는데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원전압 독립형 정전류원 회로는 제1노드에 기준전류를 제공하는 기준전류원, 상기 제1노드와 제1전원 라인에 연결되어 상기 기준전류를 미러하여 미러된 제1,2전류들을 각각 제2 및 제3노드에 공급하기 위한 제1전류 미러수단, 제2전원 라인과 상기 제2노드사이에 연결되어 상기 미러된 제1전류를 미러하여 미러된 제3전류를 제4노드에 공급하기 위한 제2전류 미러수단, 및 상기 제4노드와 상기 제1전원 라인사이에 연결되고, 상기 제3노드와 상기 제1전원 라인사이의 전압을 바이어싱하는 전압 바이어싱 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
제1도는 종래의 전류원 회로도이다.
제2도는 종래의 윌슨 전류원 회로도이다.
제3도는 실제적인 트랜지스터의 특성 곡선을 나타내는 것이다.
제4도는 본 발명에 따른 전류원 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 전원전압 독립형 정전류원을 설명하면 다음과 같다.
제4도는 본 발명의 전원전압 독립형 정전류원의 회로도로서, 기준전류원(10)이 제1노드(node1)와 연결되고, 제1노드(node1)와 접지 라인(60)사이에 제1전류 미러 수단(20)이 연결되며, 제1전류 미러수단(20)은 제2 및 제3노드(node2,3)에 각각 연결된다. 또한, 제2노드(node2)와 구동 전압 라인(70)사이에 제2전류 미러수단(30)이 연결되고, 제2전류 미러수단(30)은 제4노드(node4)에 연결되며, 제4노드(node4)와 접지 라인(20)사이에 바이어싱 수단(40)이 연결된다. 또한 제4노드(node4)에 응답하며 제3노드(node3)와 출력 노드(80)사이에 출력수단(50)을 구비한다.
제1전류 미러수단(20)은 제1노드(node1)와 접지 라인(60)사이에 콜렉터 및 에미터가 연결되며 제1노드(node1)에 베이스가 연결된 제1트랜지스터(Q1)가 있고, 제2노드(node2)와 접지 라인(60)에 콜렉터 및 에미터가 연결되며 제1노드(node1)에 베이스가 연결된 제2트랜지스터(Q2)가 있다. 또한, 제3노드(node3)와 접지 라인(60)사이에 콜렉터 및 에미터가 연결되며 제1노드(node1)에 베이스가 연결된 제3트랜지스터(Q3)를 구비한다.
제2전류 미러수단(30)은 제2노드(node2)와 구동 전압 라인(70)사이에 콜렉터 및 에미터가 연결되며 제2노드(node2)에 베이스가 연결된 제4트랜지스터(Q4)가 있고, 제4노드(node4)와 구동 전압 라인(70)사이에 콜렉터 및 에미터가 연결되며 제2노드(node2)에 베이스가 연결된 제5트랜지스터(Q5)를 구비한다.
바이어싱 수단(40)은 제4노드(node4)와 접지 라인(60)사이에 콜렉터 및 에미터가 연결되며 제3노드(node3)에 베이스가 연결된 제6트랜지스터(Q6)를 구비한다.
출력 수단(50)은 출력 노드(80)와 제3노드(node3)사이에 콜렉터와 에미터가 연결되며 제4노드(node4)에 베이스가 연결된 제7트랜지스터(Q7)를 구비한다.
상술한 바와 같은 구성으로, 제1트랜지스터(Q1)의 베이스-에미터사이의 전압(VBE1)으로 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터-에미터사이의 전압(VCE1)을 바이어싱하도록 하고, 제3트랜지스터(Q3)의 콜렉터-에미터사이의 전압(VCE3)은 1단의 제6트랜지스터(Q6)의 베이스-에미터사이의 전압(VBE6)을 잡도록 하였다. 여기에서, 제6트랜지스터(Q6)가 활성영역에서 동작할 수 있도록 제2전류 미러수단(30)을 사용한다.
또한, 출력 수단(50)으로서의 제7트랜지스터(Q7)는 선택적으로 사용하며, 제3트랜지스터(Q3)의 콜렉터-에미터사이의 전압(VCE3)이 이미 제6트랜지스터(Q6)의 베이스-에미터사이의 전압(VBE6)으로 잡혀 있으므로 제7트랜지스터(Q7)의 콜렉터 상단에 전압이 걸린 회로가 있는 경우에 제7트랜지스터(Q7)의 콜렉터-에미터사이에 변화하는 전압(ΔVCE7)에 걸리도록 한다.
상기와 같은 구성으로 기준 전류원(10)이 제공하는 기준전류(Iref)와 동일한 제1 및 제2정전류(Is1,Is2)가 제1 및 제3노드(node2,3)에 제공되며 제1정전류(Is1)과 동일한 제3정전류(Is3)가 제4노드(node4)에 제공된다.
제1트랜지스터(Q1)와 제3트랜지스터(Q3)의 각각의 콜렉터-에미터사이의 전압(VCE1,VCE3)을 각각 1단의 베이스-에미터사이의 전압(VBE1,VBE6)으로 바이어싱하도록 구성하여 베이스-에미터사이의 전압(VBE)의 차이로 인한 오차가 발생하지 않도록 한다.
따라서, 본 발명은 모두 1단의 베이스-에미터사이의 전압으로 콜렉터-에미터 사이의 전압을 바이어싱하고 있어 베이스-에미터사이의 전압으로 인한 오차가 발생하지 않으며 전원전압의 변동이나 온도변화에 대해서 기준전류와 종속 전류의 오차를 더욱 더 줄일 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1노드에 기준전류를 제공하는 기준전류원; 상기 제1노드와 제1전원 라인에 연결되어 상기 기준전류를 미러하여 미러된 제1,2전류들을 각각 제2 및 제3노드에 공급하기 위한 제1전류 미러수단; 제2전원 라인과 상기 제2노드사이에 연결되어 상기 미러된 제1전류를 미러하여 미러된 제3전류를 제4노드에 공급하기 위한 제2전류 미러수단; 및 상기 제4노드와 상기 제1전원 라인사이에 연결되고, 상기 제3노드와 상기 제1전원 라인사이의 전압을 바이어싱하는 전압 바이어싱 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전원전압 독립형 정전류원 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전류원 회로는 상기 제4노드의 노드 전압에 응답하고 상기 제3노드와 출력 노드사이에 연결된 출력수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전원전압 독립형 정전류원 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 출력수단은 상기 제4노드에 연결된 베이스와 상기 출력 노드에 연결된 콜렉터와 상기 제3노드에 연결된 에미터를 가진 제1트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 전원전압 독립형 정전류원 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1전원 라인은 접지전압 라인이고, 상기 제2전원라인은 전원전압 라인인 것을 특징으로 하는 전원전압 독립형 정전류원 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1전류 미러 수단은 상기 제1노드에 연결된 콜렉터 및 베이스와 상기 제1전원 라인에 연결된 에미터를 가진 제2트랜지스터; 상기 제2노드에 연결된 콜렉터와 상기 제2트랜지스터의 베이스에 연결된 베이스와 상기 제1전원 라인에 연결된 에미터를 가진 제3트랜지스터; 및 상기 제3노드에 연결된 콜렉터와 상기 제3트랜지스터의 베이스에 연결된 베이스와 상기 제1전원 라인에 연결된 에미터를 가진 제4트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 전원전압 독립형 정전류원 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2전류 미러 수단은 상기 제2전원 라인에 연결된 에미터와 상기 제2노드에 연결된 베이스 및 콜렉터를 가진 제5트랜지스터; 및 상기 제2전원 라인에 연결된 에미터와 상기 제5트랜지스터의 베이스에 연결된 베이스와 상기 제4노드에 연결된 콜렉터를 가진 제6트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 전원전압 독립형 정전류원 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전압 바이어싱 수단은 상기 제4노드에 연결된 콜렉터와 상기 제3노드에 연결된 베이스와 상기 제1전원 라인에 연결된 에미터를 가진 제7트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 전원전압 독립형 정전류원 회로.
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