KR830001735Y1 - 안정화된 전류를 공급하는 회로장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

안정화된 전류를 공급하는 회로장치

제1도는 본 고안에 따라 안정화된 전류를 공급하는 장치의 도면이다.

제2도는 본 고안에 의한 장치의 바람직한 구체형의 도면이다.

제3도는 제2도에 따른 장치의 변형도이다.

본 발명은 전력을 인가해야 할 집적회로에 안정된 공급전류를 공급하기 위한 장치로서, 그 집적회로는 전류 인젝터(injectors)와 공급전류를 인가해야 할 최소한 두 개의 공급터미날들로 구성된다. 전기한 장치에는 두개의 공통 단자사이에 두 개의 전류 통로가 있으며 두 전류로에 흐르는 전류의 비율을 일정하게 하는 제1전류 분말회로와, 두 통로의 전류를 특정치로 안정화 하기 위해 전류에 따라 결합(coupling)이 달라지는 결합회로(coupling circuit)이 구성되어 있다.

집적된 논리회로들은 "circuits ligigues interes a infecteurs de courant" 제하의 1973년 9월 13일자 본 출원자의 불란서 특허출원번호 73 32 916에서 묘사된 형태가 알려져 있는데, 그 회로들은 최소한 1개의 전류 인젝터를 갖고 있으며, 전원과 직렬로 연결되어 있다.

이러한 인가회로(injection circuit)들은 일정전류를 공급해 주는 전원을 사용할 필요가 있지만 그것들은 가변성 전압을 공급하는 전원들로부터도 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어서 I₂L형 회로들(단사(單射)집적이론)의 동력공급을 위해서는 안정화된 전류를 공급하는 전원을 사용할 필요는 있다. 그러나 일정한 전류를 공급하는 집적화할 수 있는 전원들은 그들의 전류 안정화 수단들은 인가회로들에서 나타나는 전류와 전압들에 비하여 적절한 전압강하는 사출하는 반면에 소비전력이 높다. 조정된 전류를 공급하는 여러가지 형태의 장치들이 알려져 있는데, 예를들면 불란서 특허명세번호 2, 117, 914(PHN 5337)에 묘사된 것들이 있다. 이러한 전원들은 다음과 같이 구성된다. 두 개의 공통 터미날 사이에 포함되는 두 개의 전류통로들, 제1전류 분할회로(그 전류 분할회로의 터미날들에서의 전류들 사이의 고정비율을 정함), 그리고 전기한 두 개의 전류 통로 사이의 전류에 따라 결합이 달라지는 결합회로등이며, 전기한 연결회로는 두개의 전류 통로중 하나에 일피던스를 구성하는데, 그 값은 입력 전압에 독립적인 출력전류를 결정한다. 이런 점에 있어서, "전류분할회로"라는 말은 다음과 같은 회로를 뜻하는데, 즉 다이오드들과 트랜지스터들의 반도체 접합부의 병렬연결은 그러한 회로의 입력과 출력에서의 전류들 사이에 특정 비율을 만드는 회로이다. 그러한 전류 분할회로는 예를들면, 같은 구조를 갖는 두 개의 트랜지스터로 구성되는데, 트랜지스터 하나는 그것의 베이스와 콜렉터를 상호 연결함으로서 하나의 다이오드로서 사용된다. 전기한 트랜지스터들의 에미터들은 하나의 공통 단자에 연결되고 그들의 베이스들은 상호 연결된다. 제1트랜지스터의 콜렉터 전류는 I₁으로 표시되며, 다이오드로서 연결되는 트랜지스터에 의해 공급된 전류를 I₂, 공통 터미날에서의 전류를 I₀라 한다면 I₀+I₁+I₂=0 I₂=KI₁, 인데 K는 두 개의 트랜지스터들의 유효에미터 영역들의 비율과 제1트랜지스터의 gain에 달려있는 계수이다.

전기한 특허 명세에 의하면 전기한 연결회로는 트랜지스터의 베이스-에미터 접합부와 병렬 연결된 임피던스와 직렬연결된 반도체 접합부로 구성되어 있다. 전류의존결합(current dependent coupling)은 전기한 임피던스에 걸리는 전압과 전기한 베이스-에미터 접합부와 전기한 반도체 접합부에 걸리는 전압차와 같도록 보장해 준다.

본 발명의 주된 목적은 기지의 장치에서의 결점을 감소시키며, 일정전류를 공급하는 장치를 제공하는 것인데, 그것은 전원전압과는 독립적이며, 본 발명에 의한 장치는 최소의 전압강하만을 갖고 공급 전압이 대체로 가변성인 전원으로부터 I₂L회로의 하나 이상의 스테이지를 직렬로 동력화 시키는데, 사용되며, 전체적인 전력낭비가 극소이다. 발명에 의하면 조정된 전류를 공급하는 장치는 다음과 같이 특징 지어진다. 즉, 가동되는 회로는 그것의 공급단자들 사이에 보여지는데, 그것은 최소한 한개의 반도체 접합부로서 장치에 포함되어 안정화 포인트를 정한다.

본 발명은 다음과 같은 사실에 근거한다. 즉, 공급단자들 사이에 보여지는 I₂L 회로는 비교적 큰 넓이를 갖는 최소한 1개의 반도체 접합부로서 간주될 수 있다는 것이며, 대개는 최대의 넓이를 갖는 하나의 반도체 접합부를 가동되는 회로로 대치 함으로서 소비전력(dissipation)을 극소화 할 수 있다는 것이다. 알려진 전류 안정장치로서 만약에 I₂L 회로가 전기한 전류안정 장치와 직렬로 연결 가동된다면, 그 안정장치는 가동되는 회로의 소비전력에 대체로 동일한 소비전력을 가지는 최소한 한개의 바도체 접합부를 포함하게 되는데, 본 발명에 의한 방법으로서, 가동되는 회로의 소비전력과 최소한도 같은 정도로 전체적인 소비전력을 감소시킬 수 있는 것이다. 또한, 그러한 소비전력을 갖는 다이오드의 접합 면적만큼 그 접합면적을 감소시킬 수 있으며, 최소한 한 개의 다이오드 전압강하에 해단하는 양 만큼 최소 전압 강하를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 의한 장치의 바람직한 구체형은 다음과 같은 특징이 있다. 즉 결합회로는 두 전류 통로를 연결하는 제2의 전류분할회로를 가지며, 두 전류 분할 회로의 입력단자는 임피던스를 거쳐 제1전류분할회로의 출력단자에 연결되고, 제 1전류 분할회로의 입력단자는 제2전류 분할 회로의 출력단자와 연결된다.

여기서 전기한두개의 전류분할 회로들은 전기한 두 개의 전류통로들 사이에 연결을 제공함으로서 제1전류 분할회로의 입력터미날로부터 제 2전류분할회로의 출력터미날까지의 루프 이득(loop gain)이 1보다 더 크며, 반면에 가동되는 회로는 전기한 임피던스와 제2전류 분할회로의 입력회로를 분로시키며, 에너지화 될때는 전압강하를 일으키는데, 그것은 제 2전류분할회로의 입력회로에 에너지화시 걸리는 전압강하보다 더 크다. 두 개의 전류분할 회로들과 질렬연결된 임피던스는 함게 궤환루우프를 형성한다.

이러한 루우프에서의 전류는 만약에 루프의 전체적 증대(gain)가 1보다 큰 경우에는 증가하는 경향이 있다. 이러한 상태는 임피던스와 반도체 접합부에 의해 형성된 회로의 터미날들에서의 전압이 운전상태에서 가동되는 회로에서의 전압강하 값에 미칠때 평형지어지는데, 그렇게 되면 루프에서의 전류와 가동된 회로에서의 전류들은 임피던스의 저항값에 종속된다. 가동되는 회로에서의 전류는 루프 gain을 1보다 작은 값으로 감소시키기 때문에 루프에서의 전류는 증가할 수 없으며, 장치의 동작은 안정화 된다.

작동중에는 루프 gain이 1보다 작기 때문에 가능성 있는 잡 신호들이 감소되고, 발진이 제거된다. 안정화 소자는 전력을 공급받는 회로로 구성되기 때문에 이러한 회로의 전류소비는 전력손실을 나타내는 것은 아니며, 안정화 소자에서의 전압강하는 활성 전압강하이고 안정화 소있에서의 전류는 유용한 전류이다.

고정비율 로전류들을 규정짓는 두 개의 전류 분할회로들 각각은 같은 전도형, 같은 구조, 같은 모양, 같은 재료의 두 개의 트랜지스터들로 바람직하게 되는데, 두 트랜지스터중 하나의 콜렉터와 베이스는 서로 연결된다. 두 트랜지스터의 에메터등과 베이스들도 상호연결 된다. 두 트랜지스터의 작동 파라미터들이 같은 때는 콜렉터 전류들의 비율은 활성 에미터 면적들의 비율에 좌우된다.

비록 그 장치가 하나의 안정상태를 갖고, 임피던스의 저항치와 가동되는 회로의 내부저항에 의해 결정되는 일정 전류들을 제공한다 해도 전기한 장치는 또한 또 다른 안정상태를 나타낼 수 있는데, 그 상태에서는 전류들은 전류 분할회로들의 트랜지스터들에서의 비 전도상태에서는 제로(zero)이다. 이 경우에서는 전류소비가 매우 작고 궤환루프의 gain에 영향을 미칠 수 없는 방법으로 궤환루프의 매우작은 점화전류(ignition current)를 도입시킴으로서 장치를 가동시킬 필요가 있을 것이다. 적절한 점화수단은 트랜지스터인데 그 트랜지스터의 에미터는 공통 터미날에 연결되며, 그것의 베이스는 연결되어 있지 않고 그것의 콜렉터 회로는 궤환루프속으로 도입되어 있다.

또 다른 적절한 점화 수단으로서는 콘덴서인데, 그것을 전기한 공통터미날에 연결되며, 전원이 가동될 때 충전된다. 방전전류는 궤환루프속으로 도입되는데, 대개는 집적성(integrable) 콘덴사를 극소화시키기 위해 트랜지스터에 의해 증폭된 후에 도입된다. 주목해야 할 것은 점화전류가 도입되는 모든 경우에서 점화수단은 안정화된 전류에 영향을 주지 않아야 하며, 점화후의 정상적 동작중에 궤환루프에도 영향을 주지말아야 한다는 것이다.

안정화된 전류가 인가되는 회로는 전압강하를 생성하는데, 그것은 순방향으로 바이아스된 반도체 접합부에서의 전압강하보다 크다. 이것은 임피단스의 터미날들에서의 전압이 전기한 회로 터미날들 사이의 전압차이와 임피단스를 포함하는 전류통로에서 다이오드로서 사용되는 트랜지스터의 에미터-베이스 접합부에서의 전압강하사이의 차와같기 때문이다.

본 발명에 의한 장치의 바람직한 구체형은 특히 두개의다이오드 스테이지로 구성되는 회로를 위한 전류를 조정하는 데, 특히 적절한데, 임피단스 단자들에서의 전압은 다이오드에서의 전압강하와 같다. 두 개의 다이오드 스테이지들은 예를들면 I₂L회로의 로직수준에 상응한다. 만약에 조정된 전류에 의해 가동되는 회로가 단지 하나의 스테이지로 구성된다면, 그리고 그것이 하나의 다이오드에서의 전압강하 또는 최소한 부족한 전압차에 부합한다면, 충분한 전체 전압차를 얻기위해 최소한 한개의 추가 다이오드가 전기한 회로와 직렬로 포함된다. 대체로 제1 전류분할회로의 트랜지스터들은 PNP전도형인 반면, 제 2분할회로의 트랜지스터들은 NPN 전도형이다.

본 전원장치는 가동되는 안정화 소자로서 작용하는 회로를 포함하는 하나의 집적회로 형태를 취할 수 있다. I₂L 회로들을 가동시키기 위해서는 제1전류 분할회로의 PNP 트랜지스터들이 측면구조이고, 반면에 제2전류 분할회로의 NPN 트랜지스터가 수직구조인 경우가 유리하다.

본 발명에 의한 장치와 일부 변형체에서는 전류분할회로의 트랜지스터들은 공통베이스와 공통에미터를 갖고 있으며, 전기한 트랜지스터들은 두 콜렉터를 갖는 한개의 트랜지스터에 의해 대치된다. 콜렉터 전류들의 비율을 정하는 활성에미터 면적은 콜렉터 각각의 반대편에 위치된 에미된 에미터 면적으로 감소된다. 본 발명은 가변성 전압을 공급하는 전원으로 부터 특별한 전압강하를 갖는 로직회로들에 일정전류를 공급하는데 사용될 수 있는데, 특히 이러한 회로들이 매우 낮은 전력소비를 갖는 경우에 사용되어질 수 있다.

본 발명은 특히, I₂L형의 공급회로들 특히 두개의 공급전압 수준들을 직렬로 갖고 있는 I₂L회로들에 적용된다. 본 발명은 도면을 참고로 하여 좀 더 자세히 설명될 것이다. 제1도에 도시된 안정화된 전류를 공급하기 위한 회로로는 제1 전류리피터 회로로 구성되어 있는데, 그 전류리피터는 제1 전류통로(B₁)에 포함되어 있고 NPN트랜지스터(T₂)의 베이스-에미터 접합부를 분로화 시키는 순방향바이아스된 다이오드(D₁)으로 되어 있다. 트랜지스터(T₂)의 에미터는 음(-)의 공급선(L₂)에 연결되어 있고 콜렉터 에미터 통로는 제2전류통로(B₂)에 포함되어 있다. 에미터 회로가 저항(R₁)을 포함하고 있는 PNP트랜지스터(T₄)의 콜렉터-에미터 통로를 통하여 콜렉터는 양의 공급선(L₁)에 연결되어 있다. 콜렉터와 베이스가 서로연결되어 있는 트랜지스터(T₄)는 하나의 다이오드로서 작용한다.

트랜지스터(T₄)의 베이스는 PNP 트랜지스터(T₃)의 베이스에 연결되어 있으며 그것의 에미터는 양의 공급선(L₁)에 연결되어 있고, 그것의 콜렉터는 트랜지스터(T₂)의 베이스에 연결되어 있다. 전력이 공급될 I₂L형 회로의 전류에 인젝터는 하나의 다이오드로 표시될 수 있을 것이다. 제1도에서는 전력이 공급될 I2L형 회로가 다이오드(D₁)으로 표시되어 있다. 만약에 트랜지스터(T₃)와 (T₄)가 동일형이고, 다이오드(D₁)의 실효영역이 트랜지스터 T₂의 실효 베이스-에미터 영역의 n배이며, 또 전류통로(B₁)에서의 전류가 I₁이고, 전류통로(B₂)에서의 전류가 I₂라고 가정하면, 전류 리피터회로(D₁),(T₂)로 인해서 T₁-nT₂로 된다. 커플링회로(T₃),(T₄),(R₁)은 그렇게 되면을 충족시키는데, 여기서 k는 볼쯔만 상수 T는 절대 온도, q는 기본 전하량, 그리고 1n은 자연대수의 기호이다.

전류 I₁과 I₂에 대해서 풀면n과이다. 전류 I₁은 전력이 공급될 회로의 전류인젝(D₁)을 통하여 흐르는 전류이다.

다이오드(D₁)의 전력소모는 그렇게 되면 유용한 전력 소모가 된다. 장치양단의 전압강하는 트랜지스터(T₃)가 사실상일 때 최소이며, 그 때는 한개의 다이오드 전압과 같게 된다. 만약에 그러한 장치가 전력이 공급될 회로의 전류 인젝터에 직렬로 포함된다면, 트랜지스터(T₂)의 실효 베이스-에미터 면적보다 n배 큰 실효면적을 가진 다이오드가 필요할 것이다. 이러한 다이오드는 전력이 공급될 회로와 대체로 같은 전력소모를 가질 것이며 최소 전압강하를두배로 만들 것이다.

제2도에 도시된 장치는 제1전류 리피터회로를 포함하고 있는데, 그 전류리피터회로는 두 개의 트랜지스터(T₁)과 (T₂)로 구성되어 있고, 그 트랜지스터들의 베이스-에미터 접합부들은 병렬로 연결되어 있다. 트랜지스터(T₂)는 다이오드로 사용되는 것으로, 그것의 베이스와 콜렉터는 상호 연결되어 있다. 트랜지스터(T₁)과 (T₂)의 에미터들은 하나의 공통 단자에 연결되어 있는데, 그것은 도선(L₁)으로 표시되어 있으며, 그 동선은 양전위+V를 가지고 있다. 두개의 PNP형 트랜지스터(T₁)과 (T₂)는 두 개의 전류통로(B₁)과 (B₂) 내의 전류들을 결정짓는데, 그 전류의 비는 트랜지스터(T₁)과 (T₂)의 에미터 면적들의 비와 같으며, 트랜지스터(T₁)의 이들(gain)과는 관계없다.

제2전류 리피터회로는 두 개의 트랜지스터(T₃)와 (T₄)로 구성되어 있는데, 그것들의 베이스-에미터 접합부들이 병렬로 연결되어 있다. 트랜지스터(T₃)는 다이오드로서 연결되어 있는데, 콜렉가 그것의 베이스에 연결되어 있다. 트랜지스터(T₃)와 (T₄)의 에미터들은 하나의 공통단자에 연결되어 있는데, 그것은 도선(L₂)로 표시되어 있으며 그 도선은 음 전위-V를 가지고 있다. NPN트랜지스터(T₃)와 (T₄)는 전류들을 공통 단자(L₂)에 전달시키는데, 그 값들의 비는 트랜지스터(T₃)와 (T₄)의 에미터 면적들의 비와 거의 같고 트랜지스터(T₄)의 이득과는 관계없다. 전류통로(B₁)은 트랜지스터(T₁) 및 (T₃)와 직렬로 연결되어 있는 저항기(R1)을 포함하고 있다.

제2도에서는 전력이 공급될 I₂L회로의 전류인젝터가 두 개의 순방향 바이아스된 (D₁)과 (D₂)로 표시되어 있는데, 그것들을 직렬로 연결되어 있으며, 그것의 최대전체 전압강하는 다이오드로서 연결되어 있는 트랜지스터(T₃) 양단에 걸리는 것보다 더 크다. 다이오드(D₁)과 (D₂)의 렬연결은 제1전류리피터 회로에 가장 가까이 있는 저항(R₁)의 단자(A)와 도선(L₂)로 표시되어 있는 제2공통단자사이에 포함되어 있다. 베이스가 커패시터(C₅)에 의해 제어되는 트랜지스터(T₅)는 공통단자(L₁)과 트랜지스터(T₃)와 (T₄)의 베이스들의 연결점 사이에 포함되어 있다. 이 커패시터와 트랜지스터(T₅)는 충전 및 방전 전류를 증폭시키는데, 그것들은 필요하다면 도통용(turn-on) 장치를 구성할수도 있다. 이 장치가 초기에 0인 전압에서 출발하여 그 전압이 급격히 증가할 때에는, 트랜지스터(T₅)에 의해 증폭되는 커패시터(C₅)의 충전전류는 궤환루프의 점(F)속으로 주입되며, 그 충전전류가 트랜지스터(T₄)의 베이스를 구동시키게 된다. 그렇게 되면 트랜지스터(T₄)가 전도성이 있어 트랜지스터(T₁)의 베이스도 구동되고 트랜지스터(T₁)도 역시 도통(turnon)된다. 트랜지스터(T₁),(T₂),(T₃),(T₄)와 저항(R₁)으로 구성된 루프를 흐르는 전류는 증가될 수 있는데, 루프이득은 1보다 크고, 다이오드(D₁)과 (D₂)의 단자들에서의 전압은 그들에 의해 형성된 회로에서 필요한 만큼의 전류가 흐르기에는 부족하다.

점(A)에서의 전압이 다이오드(D₁)과 (D₂)가 도통되기에 충분할 경우에는 트랜지스터(T₁)에 의해 공급된 전류가 일부가 다이오드(D₁)과 (D₂)를 통과하며, 궤환루프의 이득은 1보다 작은 값으로 감소된다. 이 루프내의 전류는 더이상 증가하지 않고, 도달된 값에서 안정된다. 이 값은 저항(R₁)의 저항값에 의해 결정된다. 이 저항을 통해 흐르는 전류는인데, 여기서 V_D1과 V_D2는 다이오드(D₁)과 (D₂)의 단자에서의 전압이며, V_BET3는 트랜지스터(T₃)의 베이스-에미터 전압이다. 그래서, 전류통로(B₂)에서의 전류는 정해지고, I₂=KI₁이 되는데, 여기서 K는 트랜지스터(T₃)와 (T₄)의 에미터 면적의 비율이다.

전류 통로 B₁에서의 전류도 역시 정해져서, I₃=K'I₂인데, 여기서 K'는 트랜지스터(T₁)과 (T₂)의 에미터 면적의 비용이다.

전류 I₃, I₂, I₁이 터및날(L₁)과 (L₂) 사이의 전압과 상관 없이 전해지므로, 다이오드(D₁)과 (D₂)를 흐르는 전류 I도 또한 정해진다. (L₁)과 (L₂) 사이의 전압이 최소가되기 위해 필요한 조건은 V>V_D1+V_D2+V_CB1인데, 여기서 V_CE1은 최하상태(bottomed state)인 트랜지스터(T₁)의 에미터와 콜렉터 사이의 전압이다.

제2도의 장치에서의 중요소자들이 제3도 다이어그램에 다시 도시되어있다. 제1전류 리피터회로는 두 개의 콜렉터를 가진 트랜지스터(T₇)으로 구성되어 있는데, 그것들중 하나의 콜렉터를 가진 트랜지스터(T₆)으로 구성되어 있는데, 그것들 중 하나의 콜렉터는 베이스에 연결되어 있다. 트랜지스터(T₇)의 콜렉터-에미터 통로와 트랜지스터(T₈)의 에니터-베이스 다이오드를 포함하는 전류통로와 직렬로 저항(R₂)가 연결되어 있다. 전력이 공급된 I₂L 회로의 전류 인젝터는 두개의 다이오드(D₃)와 (D₄)로 표시되어 있는데, 그것들은 저항(R₂)의 단자(G)의 도선(L₄)사이에 있다. 베이스가 개방되어 있는 도통용 트랜지스터(T₈)은 도선(L₃)와 단자(G)사이에 포함되어 있다. 제3도에 도시된 장치의 동작은 제2도를 참조로 설명된 장치의 것과 유사하다.

원한다면 제2도나 제3도에 도시된 두전 류인젝터중 하나는 단순한하나의 다이오드로 대치시킬 수 있다.

제2도의 트랜지스터(T₅)는 제3도의 트랜지스터(T₈)과 유사하게 베이스가 개방된 트랜지스터로 대치 시킬 수 있고, 제3도의 트랜지스터(T₈)은 제2도의 트랜지스터(T₅)처럼 베이스에 커패시터가 연결되어 있는 트랜지스터로 대치시킬 수 있다. 제1도,제2도,제3도의 회로는 각각 단일 반도체상(Ohip) 상에 직접시킬 수도 있는 것이다.

Claims (1)

1. 전류 리피터 회로가 있고, 그 전류 리피터 회로(D₁)(T₂)의 입력단자와 공급단자 사이에 제1전류 통로(B₁)가 뻗어 있으며 또 그것의 출력단자와 공급단자 사이에 제2전류 통로(B₂)가 뻗어 있어서 전류 리피터 회로(D₁)(T₂)의 합산 단자와 공급단자 사이에 한 쌍의 전류 통로가 존재하게 되어, 그 합산 단자와 공급단자 사이에 전위차가 인가될 때 전류 통로 쌍(B₁)(B₂) 내에 발생하는 전류를 특정한 값으로 안정화시키기 위해 그 전류 통로 쌍(B₁)(B₂) 사이에 전류 의존 커플링을 제공할 수 있도록 커플링 회로(T₂)(T₄)(R₁)가 연결되어 있고, 전류 인젝터(D₁)는 전류 통로 쌍(B₁)(B₂)중 하나에 직렬로 포함되어 있거나 또는 그 일부가 병렬로 포함되어 있되 그것이 커플링 회로(T₃)(T₄)(R₁)나 전류 리피터 회로(D₁)(T₂)의 일부를 형성하도록 되어있는 특징을 지닌 I₂L회로의 전류인 젝터에 안정화된 전류를 공급하는 회로장치.