KR0167562B1 - 전류 임계 검출기 회로 - Google Patents

Abstract

입력에 공급된 전류에 응답하는 검출기 회로는 베이스에 접속된 콜렉터 중 제1콜렉터 및 입력에 연결된 에미터를 갖는 멀티 콜렉터 트랜지스터를 포함하며, 전류의 크기와 소정 임계 레벨을 초과할 때 출력 신호를 제공한다. 다이오드 접속된 트랜지스터에 의해 형성된 다이오드는 멀티 콜렉터 트랜지스터의 제1콜렉터에 연결된다. 제2트랜지스터는 멀티 콜렉터 트랜지스터의 제2콜렉터에 연결된 콜렉터, 제1콜렉터에 연결된 베이스 및 직렬 접속된 레지스터 한쌍에 연결된 에미터를 갖는다. 제2트랜지스터는 입력 전류가 출력 신호를 발생시키기 위하여 임계 레벨을 초과하는 시간까지 이미 포화된 상태에서 동작하도록 다이오드 접속된 트랜지스터보다 낮은 전류 밀도에서 동작된다.

Description

전류 임계 검출기 회로

제1도는 본 발명을 개요적으로 도시한 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 멀티 콜렉터 PNP 트랜지스터 16 : 다이오드 접속된 트랜지스터

22, 24 : 레지스터 30 : 전류원

본 발명은 전류 크기가 소정의 임계값을 초과할때를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

전류 검출기는 수많은 장치에 활용된다 : 예를 들어, 종래 기술에서, 임계값을 초과하는 검출된 전류에 응답하여 조절된 출력을 제공하는 많은 조절기 회로를 들 수 있다. 전류 임계 검출기의 또다른 장치가 고출력 전류 연산 증폭기의 동작 상태를 제어할 수 있다. 현재 장치에서, 저정지(quiescent) 전력 소모를 갖는 증폭기를 제조하는 것이 목표이나 그러한 종래 기술의 증폭기는 출력 전류 및 교류 전류(AC)가 부족하다.

실제, 저임피던스 부하를 구동하기 위한 고구동 전류를 갖으며, 한편 전력 소모를 감소시키기 위한 최소 바이어스 드레인 전류를 또한 갖는 연산 증폭기를 제공하는 것이 여전한 목표이다.

실제, 이동전화기, 예를 들어 라디오 및 비디오 게임 등의 소비자 오락 시스템과 같은 휴대용 전원 장치에 사용되는 정지 전력 소모를 제한하는 것은 특히 중요하다.

전부는 아니지만, 오늘날 대부분의 고출력 전류 연산 증폭기는 출력 스테이지에 연결된 입력 스테이지를 구비한다. 입력 스테이지에 인가되는 교류 입력 신호에 응답하여, 연산 증폭기는 전류를 출력 스테이지에 연결된 부하에 소스 및 싱크시키고 상기 부하로부터 나온 전류를 소스 및 싱크시킨다.

전형적으로, 입력 및 출력 스테이지는 정지 드레인 전류로 바이어스되며, 우수한 오디오 및 데이터 처리 장치를 제조한다. 예를 들어, 모토로라사에 의해 제조된 MC33187 과 같은 저파워 고출력 전류 증폭기는 자체에 인가되는 입력 신호가 없이 정지 동작 모드에서 증폭기마다 대략 420마이크로 암페어의 드레인 전류를 발생시킨다. 마이크로 파워 및 전원 장치를 위해서, 전술한 것 이상으로 드레인 전류를 감소시키는 반면에 고부하 전류를 공급하는 증폭기를 제공할 필요성이 있다. 전술한 것을 완성시키는 하나의 방법은 입력 신호가 어떤 임계값 이하에 있을 때 감소시킨 증폭기의 드레인 전류 및 일단 입력 신호가 이 임계값을 초과하면 증폭기가 자신의 의도된 범위내에서 동작하도록 증가시킨 상기 스테이지의 바이어스 전류를 감지하기 위한 회로를 활용하는 것이다.

따라서, 검출된 전류가 소정의 임계값을 초과할 때, 부하 제어 신호를 제공함으로써 부하를 제어하기 위하여 활용되는 출력 신호를 제공하는 개선된 방법 및 회로가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 증폭기에 공급되는 전류의 소정 임계값을 검출하기 위한 개선된 방법 및 회로를 제공하는 것이다.

상기 및 다른 목적들에 따라서, 멀티 콜렉터 트랜지스터, 상기 멀티 콜렉터 트랜지스터의 콜렉터중 제1콜렉터와 음 공급 레일간에 연결된 다이오드 접속된 트랜지스터, 멀티 콜렉터 트랜지스터의 제2콜렉터에 연결된 제2트랜지스터의 콜렉터 및 제1콜렉터에 연결된 제2트랜지스터의 베이스 및 제2트랜지스터의 에미터와 공급 레인간에 연결된 저항성 회로를 포함하여 전류 크기가 임계값을 초과할때를 검출하는 방법 및 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징은 제 2트랜지스터가 다이오드-접속된 트랜지스터보다 낮은 전류 밀도에서 동작되며, 그 결과 제2트랜지스터는 입력 전류에 비례하여 멀티 콜렉터 트랜지스터로부터 제2트랜지스터에 소스되는 전류가 저항성 회로 양단의 전압 강하 및 제2트랜지스터의 베이스-에미터 전압의 합을 다이오드-접속된 트랜지스터 양단에서 발생된 전압과 동일하게 하는 시간까지 포화된 동작 상태로 유지된다. 이때에, 제2트랜지스터는 이미 포화 상태가 아니며, 그것에 의해 멀티 콜렉터 트랜지스터로부터 소스되는 추가 전류는 입력 전류를 임계 레벨을 초과시키는 신호로 활용된다.

제1도에 본 발명의 바람직한 전류 임계 검출기 회로(10)가 도시되어 있다. 이해되는 바와같이, 검출기 회로(10)는 종래의 집적 회로 공정 기술을 이용하여 집적 회로 형태로 제조될 수 있다. 실제로, 검출기 회로(10)는 필요한 제어 신호를 제공하기 위하여 다른 회로와 결합하여 단일 집적회로내에 집적될 수 있다. 그와같은 장치는 연산 증폭기와 결합될 수 있다. 검출기 회로(10)는 멀티 콜렉터 PNP트랜지스터(12)를 포함하며, 상기 트랜지스터의 에미터는 전류가 인가되는 입력(14)에 연결된다. 트랜지스터(12)의 제1콜렉터는 베이스와 더불어 다이오드-접속된 트랜지스터(16)의 에미터에 연결된다. 알려진 바와같이, 트랜지스터(16)는 상호 접속된 베이스 및 콜렉터를 갖는 다이오드로서 동작하고 도시된 바와같이 트랜지스터(12)의 제1콜렉터로 궤환되는 반면에 에미터는 음공급 레일(18)로 궤환된다. 트랜지스터(12)의 제2콜렉터는 트랜지스터(20)의 콜렉터 및 출력 트랜지스터(26)의 베이스에 연결된다. 트랜지스터(20)의 베이스는 다이오드 접속된 트랜지스터(16)의 베이스/콜렉터 또는 애노드로 궤환되는 반면에 에미터는 직렬 접속된 레지스터(22 및 24)는 경유하여 터미널(18)로 궤환된다. 그러므로, 트랜지스터(16, 20) 및 레지스터(22 및 24)는 전류 미러를 형성한다. 검출기 회로(10)의 출력 제어 신호는 트랜지스터(26)의 콜렉터에 연결된 출력 (28)에서 제공되며, 한편 트래지스터(26)의 에미터는 예를들어 전류원(30)을 경유하여 터미널 (18)로 궤환된다.

트랜지스터(12)자체의 에미터로 소스되는 입력 전류의 존재를 검출하고 그것에 응답하는 제1 및 제2전류를 자체의 콜렉터로부터 소스시킨다. 만일 트랜지스터(12)의 두 콜렉터의 콜렉터 면적이 1의 비율을 가지면, 그 입력 전류에 비례하는 동일한 전류가 다이오드(16) 및 트랜지스터(20)의 콜렉터에 소스된다. 즉, 트랜지스터(12)에 소스되는 전류는 상기장치의 콜렉터들 사이에 균등하게 분활된다(콜렉터 영역비로 인해 전류의 불균등한 분할이 가능하다). 도시된 바와같이, 트랜지스터(16, 20)의 에미터 면적비로 인해, 트랜지스터(16)의 에미터 면적이 트랜지스터(16)의 에미터 면적의 N 배인 경우, 트랜지스터(20)는 입력 전류의 크기가 트랜지스터로부터 소스되는 전류를 소정값 또는 임계값에 도달시키는 시간까지 포화된 상태로 유지된다. 트랜지스터(20)는 다이오드 접속된 트랜지스터(16)에 의해 바이어스되기 때문에, 두 개의 트랜지스터가 전류 미러를 형성할 때 후자에 비례하는 전류를 싱크시킬 것이다. 레지스터(22 및 24) 양단의 소전압 강하에 대하여, 에미터 면적비로 인해 트랜지스터(20)는 보다 작은 지오미트리(geometry) 트랜지스터(16)의 전류를 N 배 싱크한다. 그러므로, 트랜지스터(12)로부터 소스되는 콜렉터 전류는 입력(14)에 공급되는 입력 전류가 소정 임계값 이하인 동안 트랜지스터에 의해 요구되는 전류보다 같거나 작기 때문에, 트랜지스터(20)는 요구하는 것보다 작은 전류를 싱크시킨다. 이것이 트랜지스터를 포화시킨다. 그러므로, 상이한 전류 밀도에서(에미터 면적비에 의함) 트랜지스터(16 및 20)를 동작시킴으로서, 트랜지스터(20)는 포화된 상태로 동작되고 베이스 구동 전류가 트랜지스터(26)에 활용되지 않으며, 그것에 의해 입력(14)에 공급되는 입력 전류가 소정 임계값 이하인 동안 비도통 상태로 후자를 유지시킨다. 따라서, 트랜지스터(16 및 20)가 상이한 전류 밀도에서 동작될 때, 차동(difference) 전압 V_BE이 레지스터(22 및 24) 양단에 발생하여, 차동 전압 및 트랜지스터(20)의 베이스-에미터 전압의 합은 다이오드 접속된 트랜지스터(16) 양단의 전압 강하와 동일하게 된다. 입력 전류가 증가할 때, 트랜지스터(16 및 20)에 공급되는 전류 또한 증가한다. 트랜지스터(20)는 트랜지스터(12)의 콜렉터로부터 트랜지스터(20)의 에미터에 공급되는 전류가 kt/qr (lnN) 값보다 크거나 또는 동일하게 될 때까지 포화된다: 여기서 R 은 레지스터(22 및 24)의 저항이고 k 는 볼쯔만 상수이며, T는 절대온도 이고 q는 전하량이다. 이것은 입력 전류의 크기가 임계레벨에 도달할 때 발생하며, 여기서 어떠한 추가적인 증가가 트랜지스터(26)를 턴온시키기는 초과 전류를 발생시킨다. 트랜지스터(26)는 전류원(30)의 전류 I₃₀를 턴온시키기 위하여 이 임계 레벨에서 턴온되어, 출력 제어 신호를 출력(28)에 제공한다. 레지스터(22 및 24)는 개개의 온도 계수가 다른 상이한 반도체 물질로 이루어진 집적 회로로 형성될 수 있다. 이 방식에서, 온도 계수 △V V_BE가 옵셋됨으로써 검출기 회로는 스위치 포인트가 온도에 따라 변화하지 않도록 하게 하는 모든 온도 계수를 갖는다.

그러므로, 상술된 것은 그와같은 시간에서 출력 신호를 제공하기 위하여 공급된 입력 전류가 소정의 임계 레벨을 초과할때를 검출하기 위한 새로운 전류 검출기 회로이다. 본 발명은 (1) 입력 전류에 비례하여 제1 및 제2 동일 전류를 발생시키기 위하여 입력 전류를 검출하며 (2) 상이한 전류 밀도에서 한쌍의 트랜지스터를 동작시키기 위하여 제1 및 제2 전류를 활용하여 입력 전류가 임계 레벨에 도달할때까지 트랜지스터들중 하나의 트랜지스터가 포화된 상태로 유지되도록 그들간에 차동 전압을 발생시키고 (5) 하나의 트랜지스터가 이미 포화 상태가 아닐 때 주어진 임계 레벨을 초과하는 입력 전류에 응답하는 제어 전류를 발생시키는 개념을 토대로 한다.

Claims (2)

1. 입력 및 출력을 갖는 전류 임계 검출기 회로에 있어서, 입력 전류를 공급받는 상기 전류 임계 검출기 회로의 입력에 연결되는 제1전극과, 제어 전극에 연결되는 제2전극과, 제3전극 및 상기 제어 전극을 구비하고 상기 입력 전류에 응답하여 도통되어 제1 및 제2전류를 상기 제2 및 제3전극에 공급하는 제1트랜지스터와, 전원 포텐셜이 인가되는 터미널 및 상기 제1트랜지스터의 상기 제2전극에 결합되며, 전류가 다이오드를 통해 흐른만큼 상기 터미널 및 전극간에 포텐셜을 발생시키는 상기 다이오드 수단과, 제1전극과, 상기 제1트랜지스터의 상기 제3전극에 연결되는 제2전극 및 상기 제1트랜지스터의 상기 제2전극에 연결되는 제어 전극을 구비하고 이들간에 전압차를 발생시키는 상기 다이오드 수단과 다른 전류 밀도로 동작되는 제2트랜지스터와, 상기 제2트랜지스터의 상기 제1전극 및 상기 터미널간에 연결되는 저항수단으로서, 상기 제1전극 및 터미널간의 전압차는 상기 저항 수단을 통해 흐르는 전류를 세트시키도록 발생되며, 상기 제2트랜지스터는 상기 저항 수단을 통해 흐르는 상기 전류가 상기 제2전류와 거의 동일하게 되는 시간까지 포화된 동작 상태로 유지되는 상기 저항 수단 및, 상기 제1트랜지스터의 상기 제3 전극 및 상기 회로의 출력간에 연결되어 비포화된 상기 제2트랜지스터에 응답하여 출력 전류를 제공하는 출력 회로 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 임계 검출기 회로.
2. 전류가 소스되는 입력과 출력을 갖으며 소정의 임계값을 초과하는 전류에 응답하여 출력 신호를 제공하는 전류 임계 검출기 회로에 있어서, 상기 회로의 입력에 연결된 에미터와, 베이스에 접속된 제1콜렉터 그리고 제2콜렉터 및 상기 베이스를 갖는 제1트랜지스터와, 상기 제1트랜지스터의 상기 제1콜렉터에 연결된 다이오드와, 에미터와, 상기 제1 트랜지스터의 상기 제2콜렉터에 연결된 콜렉터 및 상기 제1트랜지스터의 상기 제1콜렉터에 연결된 베이스를 갖는 제2트랜지스터; 및 상기 제2트랜지스터의 상기 에미터 및 전원 터미널간에 연결된 제1 및 제2직렬 연결된 저항기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 임계 검출기 회로.