KR20030053493A - 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 ab급 바이폴라 전류콘베이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 컨베이어 (Class AB bipolar current conveyor)의 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트랜스리니어 셀과 적응성 전류 미러를 사용하여, 이상적인 전압 및 전류 폴로워 기능과 전류 입력 임피던스를 매우 작게되도록 설계된 바이폴라 전류 컨베이어의 회로에 관한 것이다.

본 발명은 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 컨베이어는, 전압 폴로워 기능을 갖기 위해 트랜스리니어 셀을 사용하였고 전류 폴로워 기능을 갖기 위해 상하에 대칭적으로 전류 미러를 사용하였으며, 트랜스리니어 셀의 왼쪽에 입력된 전압이 이 셀의 오른쪽에 출력되고 이 출력 단자에 흐르는 전류가 전류 미러를 통해 출력되도록 구성되었다. 또한, 전류 입력 임피던스를 작게하기 위해 전압 입력단과 전류 입력에 동일한 전류를 흐르도록 적응성 전류미러를 사용한 회로로 구성된 것에 그 특징이 있다.

본 발명의 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 컨베이어의 우수성은, 종래의 AB급 전류 콘베이어가 갖는 문제점인 부정확한 전압 및 전류 폴로워 특성과 큰 전류 입력 임피던스를 갖는 특징을 개선하여 낮은 전류 입력 임피던스와 정확한 전압 및 전류 폴로워 기능을 할 수 있다는 특징을 갖고 있다. 따라서, 본 발명의 회로를 반도체 칩으로 상용할 경우 종래의 전류 콘베어어 회로보다 정확한 신호처리 시스템에 적용할 수 있기 때문에 그 파급 효과가 매우 높다고 할수 있다.

Description

낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 콘베이어{Class AB bipolar current conveyor with low current input impedance}

종래의 AB급 전류 콘베이어의 회로도는 도 1에 나타냈다. 이 회로는 Y 단자와 X 단자 사이에서 전압 폴로워 기능을 갖게하기 위해 Q₁∼ Q₄로 구성된 트랜스리니어 셀(translinear cell)과 X 단자와 Y 단자 사이에서 전류 폴로워 기능을 갖게하기 위해 Q₅∼ Q₆과 Q₇∼ Q₈로 구성된 두 개의 전류 미러로 구성되었다. 두 개의 정전류원은 트랜스리니어 셀 회로에 바이어스 전류를 인가하기 위해 사용되었다. 양(+)의 입력 전압 v_Y가 Y단자에 인가되면 이 전압은 다이오드 형태로 결선된 Q₃에의해 이것의 베이스 전압(혹은 Q₄의 베이스 전압)은 약 0.7 V 감소된다. 이 전압은 Q₄에 의해 다시 약 0.7V 증가되어 v_X= v_Y의 전압 폴로워 기능을 갖게된다. 한편, Q₄의 이미터로 인가된 입력 전류 i_X는 Q₄의 컬레터 전류가 되고 이 전류는 전류 미러 Q₇∼ Q₈에 의해 Z단자에 출력 전류 i_Z를 공급시켜 i_X= i_Z의 전류 폴로워 기능을 갖게 된다. 그러나, 이 때 i_X전류에 의해 Q₄의 베이스-이미터간 전압 v_BE4가 결정이 되고 Q₃의 v_BE3는 바이어스 전류 J에 의해 결정이 된다. 따라서 i_X전류 값이 바이어스 전류 J와 동일한 부근에서는 우수한 전압 폴로워 기능을 갖고 있지만, i_X>>J 또는 i_X<< J의 전류 범위에서는 X단자의 임피던스가 크게 되어 부정확한 전압 폴로워 및 전류 폴로워의 기능을 갖는 문제점이 생긴다. 따라서, 도 1에 나타난 전류 콘베이어의 회로는 그 용용 범위가 제한될 것이다.

상기의 AB급 바이폴라 전류 콘베이어는 증폭기는 회로 구성에 의해 X단자의 임피던스가 크기 때문에 정확한 전압 폴로워 및 전류 폴로워의 기능을 갖지 못하는 문제점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 해결하는것이 본 발명이 이루고자하는 기술적인 과제이다.

도 1는 종래의 AB급 바이폴라 전류 콘베이어의 회로도.

도 2는 본 발명에 사용된 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 콘베이어의 회로도.

도 3은 본 발명에 사용된 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 콘베이어의 전류 입력 단자의 임피던스 특성

본 발명의 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 콘베이어의 회로도를 도 2에 나타냈다. 도 2의 회로는 공통-베이스 증폭기 4개로 구성되는 트랜스리니어 셀에 2 개의 바이어스 전류 전원 대신에 2개의 적응성 전류 미러와 바이어스단을 추가시킨 회로로 구성된다(도 2에서 점선으로 표시된 부분). 바어어스단은 2개의 정전류원, Q₅, 그리고 Q₆으로 구성되고 무신호일때 전체 회로의 바이어스를 잡아준다. 2개의 적응성 전류 미러는 Q₇~ Q₈와 Q₁₀∼ Q₁₁로 각각 구성되며 이것에 의해 트랜스리니어 셀을 구성하는 트랜지스터 Q₁∼ Q₄의 컬럭터 전류가 어떤 입력 전압 또는 전류에 대해서도 항상 같게되는 조건을 만들어 준다. 도 2에 나타낸 본 발명의 회로의 전체적인 동작 원리는 도 1과 유사하지만 적응성 전류 미러에 의해 회로의 성능이 매우 달라지는 특성을 갖고 있다. 이하에 상세히 그 원리를 논한다.

도 2의 회로에서, 양(+)의 입력 전압 v_Y가 Y단자에 인가되면 이 전압은 Q₃에 의해 이것의 베이스 전압(혹은 Q₄의 베이스 전압)은 약 0.7 V로 감소된다. 이 전압은 Q₄에 의해 다시 약 0.7V 증가되어 v_X= v_Y의 전압 폴로워 기능을 갖게된다. 여기서 중요한 것은 X단자로 유입 또는 유출되는 전류는 Q₂또는 Q₄의 컬렉터 전류가 되고 이 전류들은 적응성 전류 미러는 Q₇∼ Q₈또는 Q₁₀∼ Q₁₁에 의해 Q₁또는 Q₃의 컬렉터 전류가 된다. 따라서, Q₂또는 Q₄의 베이스-이미터 전압 v_BE의 증감은 Q₁또는 Q₃의 베이스-이미터간 전압 v_BE의 증감과 같은 크기를 갖는다. 따라서, Y 단자의 어떤 전압이 인가되어도 이 전압은 X단자의 전압이 되는 매우 우수한 전압 폴로워의 특성을 갖게된다.

Y 단자를 접지로 연결한 상태에서, X단자에 입력전류 i_X를 인가할 때 이 전류는 전류 미러 Q₈와 Q₉또는 Q₁₁와 Q₁₂에 의해 Z단자로 출력 전류 i_z로 복제되어 i_X= i_Z의 전류 폴로워 특성을 갖는다. 여기서 중요한것은 전류 i_X가 적응성 전류 미러 Q₇∼ Q₈또는 Q₁₀∼ Q₁₁에 의해 Q₁또는 Q₃의 컬렉터 전류가 되기 때문에 X단자는 항상 접지상태(가상접지)가 된다. 따라서, X 단자로 유입되는 전류의 변화에 대하여 이 단자 전압이 불변하기 때문에 X 단자의 임피던스는 매우 작게 된다.

도 3은 도 1과 도 2의 회로에서 X단자에 인가한 전류에 대한 이 단자의 전압특성을 실험한 결과이다. 실험에서 모든 조건을 동일하게 하였다. 도 3에 나타낸 결과에서 "pro_TL"는 도 2에 대한 결과이고 "con_TL"는 도 1에 대한 결과이다. 이 결과로부터 도 1에 나타낸 종래의 바이폴라 전류 콘베이어의 X단자 임피던스는 100 오옴이고 도 2에 나타낸 본 발명의 바이폴라 전류 콘베이어의 X단자 임피던스는 1 오옴이라는것을 알 수 있다. 즉, 종래의 AB급 바이폴라 전류 콘베이어이 회로에 적응성 전류 미러와 전류 바이어스단을 추가 함으로 X단자의 임피던스를 100배로 작게할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 전류 콘베이어는 정확한 전압 콘베이어와 전류 콘베이어의 기능을 갖고 있기 때문에 도 2에 나타낸 회로를 반도체 칩(chip)화 할 경우 우수한 성능을 갖게되어 전류-모드 신호처리 회로설계의 기본 회로로 응용될 수 있을 것이다.

본 발명의 낮은 전류 입력 임피던스를 갖는 AB급 바이폴라 전류 컨베이어의 우수성은, 종래의 AB급 전류 콘베이어가 갖는 문제점인 부정확한 전압 및 전류 폴로워 특성과 큰 전류 입력 임피던스를 갖는 특징을 개선하여 낮은 전류 입력 임피던스와 정확한 전압 및 전류 폴로워 기능을 할 수 있다는 특징을 갖고 있다. 따라서, 본 발명의 회로를 반도체 칩으로 상용할 경우 종래의 전류 콘베어어 회로보다 정확한 신호처리 시스템에 적용할 수 있기 때문에 그 파급 효과가 매우 높다고 할 수 있다.

Claims (2)

1. AB급 바이폴라 전류 콘베이어 회로에 있어서, 전압 폴로워 기능을 갖게하기 위해 트랜스리니어 셀, 전류 콘베이어 기능을 갖게하기 상하 대칭적으로 전류미러, X 단자의 임피던스를 작게하기 위해 X 단자에 유입되는 전류가 Y 단자를 이루는 트랜지스터의 바이어스 전류가 되도록 상하 대칭적으로 사용된 적응성 전류 미러, 그리고 이들의 바아어스 전류를 공급하기 위해 싱크(sink) 전류원과 소스(source) 전류원과 2개의 다이오드가 직렬 연결된 바아어스 회로로 구성된 특징을 갖는 AB급 바이폴라 전류 콘베이어 회로.
2. 제 1항에 있어서, 베이스 단자가 같이 연결된 두 개의 npn 공통 베이스 증폭기가 상부에, 베이스 단자가 같이 연결된 두 개의 pnp 공통-베이스 증폭기가 하부에 위치하고 상기 npn 공통-베이스 증폭기의 이미터 단자가 pnp 공통-베이스 증폭기의 컬렉터 단자에 각각 연결되어 좌쪽은 Y단자로 그리고 우측은 X단자로 사용하는 트랜스리니어 셀,

   상기의 두 베이스 단자들 사이에 두 개의 다이오드가 직렬로 연결되고 상기 베이스 단자와 양(+)의 전원과 부(-) 전원사이에 전류 전원이 연결된 바아어스 회로,

   상기 트랜스리니어 셀의 X단자로 입력되는 전류가 상기 트랜스리니어 셀의 Y단자를 구성하는 상기의 공통-베이스 증폭기의 바이어스 전류가 되도록 전류 미러를 상부와 하부에 사용한 적응성 전류 미러로 구성된 AB급 바이폴라 전류 콘베이어 회로.