JPH01277010A - 電流源回路 - 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、電源電圧変動に対する出力電流の変化が小さ
な電流源回路に関する。

［従来の技術］ 電源電圧の変動に依存しない安定な電流を負荷に供給す
る従来の電流源回路としては、第６図に示す回路が知ら
れている。

この従来例は、正電圧源１と、外部の負荷に接続する電
流出力端子２と、ダイオード３．４と、抵抗５．６と、
ベース接地で使用するＰＮＰ形トテトランジスタフ有す
る。

上記従来例において、出力電流Ｉ　ｏｕｔは、次の０式
で与えられる。

なお、 α：トランジスタのべ゛−ス接地における電流増幅率（
岬１）、 ｖｏ：ダイオード３．４の７ノード・カソード間の接合
電圧、 ＶＢＥ　　：　）ランジスタフのベースＯエミッタ間の
接合電圧（→Ｖｏ）、 Ｒ６：抵抗６の抵抗値 である。

■式に示すように、出力電流Ｉ　ｏｕｔの中には、正電
圧源１の電圧に関する変数が含まれていないので、電源
電圧が変動した場合でも出力電流Ｉ　ｏｕｔは一定値を
維持することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来例においては、出力電流Ｉ　ｏｕｔが
温度（回路要素自身の温度）に対して強く依存するとい
う問題がある。

つまり、■式において、接合電圧ｖｏ、　ＶＢＥは負の
温度係数を持ち、その値は通常−２ｍＶ／”０程度であ
る。また、抵抗値Ｒ６は一般に正の温度係数を持ち、そ
の代表的な値は、半導体集積化した場合には十〇、Ｈ／
”Ｃ！〜＋０．３＄／”Ｃであり、個別部品の抵抗器ノ
場合ニ４ｆ＋０．０１！　／”Ｏ〜＋０．１！／℃テあ
る。したがって、接合電圧ｖｏ、　ＶＢＥが常温で８０
０履Ｖであるとすると、出力電流Ｉ　ｏｕｔの温度係数
は、約−０，３＄／”０〜−０．５＄／”０にも達する
。たとえば温度が３０℃上昇すると、出力電流Ｉ　ｏｕ
ｔは１０％〜１５％も減少するという問題がある。

第７図は、接合温度に対する出力電流の変化を、計算機
シミュレーショによって確認した結果を示す図である。

この図において、破線は、上記従来例の特性を示すもの
である。なお、各回路要素の値は、半導体集積化した場
合を想定したものである。特に、抵抗の温度係数は＋０
．２％／’Ｃと仮定している。また、第７図に示す特性
において、４０℃における出力電流は約１ｍＡであり、
第７図の縦軸は、４０℃の場合の出力電流値で正規化し
である。この特性から理解できるように、温度が３０℃
上昇する毎に、その出力電流が１０％程度減少する。

本発明は、温度変動による出力電流の変化が極めて小さ
い電流源回路を提供することを目的とするものである。

［課題を解決する手段］ 本発明は、出力電流の温度係数が負である第１電流発生
手段を設けるとともに、出力電流の温度係数が正である
第２電流発生手段を設け、第１電流発生手段による出力
電流と第２電流発生手段による出力電流とを同時に電流
出力端子から負荷に供給するものである。

［作用］ 本発明は、出力電流の温度係数が負である第１電流発生
手段を設けるとともに、出力電流の温度係数が正である
第２電流発生手段を設け、第１電流発生手段による出力
電流と第２電流発生手段による出力電流とを同時に電流
出力端子から負荷に供給するの！、温度変動による電流
変化分がキャンセルされ、したがって電流源回路の温度
が変動しても、その出力電流の変化が極めて小さい。

［実施例］ 第１図は、本発明の第１実施例を示す回路図である。

この実施例は、第６図に示す従来例に、ベース接地で使
用するＰＮＰ形トランジスタ１０と、トランジスタｌＯ
のエミッタにダイオード９と抵抗８との直列回路を付加
したものである。また、出力端子２の代りに出力端子２
１を設けである。

なお、トランジスタ７とダイオード３．４と抵抗５．６
とによって、出力電流の温度係数が負である第１電流発
生手段を構成し、トランジスタ１０とダイオード３，４
．９と抵抗５．８とによって、出力電流の温度係数が正
である第２電流発生手段を構成している。また、電流出
力端子２１は、上記第１電流発生手段による出力電流と
上記第２電流発生手段による出力電流とを同時に供給す
る端子である。

次に、上記実施例の動作について説明する。

まず、トランジスタ１０のコレクタ電流Ｉ、は、次の０
式で与えられる。

ＶＴ＝　（Ｋ−Ｔ）　／　ｑ なお、 ｖ■：サーマル電圧 に：ポルツマン定数 Ｔ：絶対温度 ｑ：単位電荷 Ｉｓｏ　　：ダイオード３．４の逆方向飽和電流ＩＳＩ
＋トランジスタ１０のベース・エミッタ接合逆方向飽和
電流 ■ｏ：ダイオード３．４の導通電流 Ｒ８：抵抗８の抵抗値 である。

ただし、ダイオード９の逆方向飽和電流は。

ＩＳＩ　に等しく設定する。ここで、Ｉｌをｒｏに近い
値に設定し、（Ｉｓ＋　／　Ｉｓｏ　）　＝　ｍとおく
、すなわち、トランジスタｌＯのベース・エミッタ接合
とダイオード９のアノード・カソード接合とが、ダイオ
ード３．４のアノード・カソード接合と同一の材料でで
きて、いるとし、トランジスタ１０のベース−エミッタ
接合とダイオード９のアノードΦカソード接合との面積
比をｍにすると、ただし、ａ＝ｉｎ（ｍ） となり、上記出力電流１１の温度係数は、また、上記出
力電流１１を温度Ｔで微分すると、になる、そして、常
温ではＴが約３００’にであに０．３＄／”０以下であ
り、これらの数値を■式に代入すると、次式を得る。

この式の左辺は、出力電流■１の温度係数であり、これ
がＯよりも大きいので、したがって、出力電流ＩＩの温
度係数は正である。

一方、トランジスタ７のコレクタ電流■２は、従来例の
■式で説明したと同様に、次の０式になる。

ただし。

ｖｏ：ダイオード３．４の導通電圧 Ｒ８：抵抗６の抵抗値 である。

したがって、電流■２の温度係数は１次の０式に、なる
。

ここで、抵抗６と８とを同一材質であるとすると、それ
らの温度係数が等しくなるので、上記抵抗６．８の温度
係数を、 したがって、上記第１実施例における合計出力電流Ｉ　
ｏｕｔとその温度依存性とは、次式で示される。

つまり、 を与えれば、上記出力電流Ｉ　ｏｕｔの式とその温度に
なる。そして、これを解けば、所望の電流の大きさと温
度係数とを有する出力電流Ｉ　ｏｕｔを発生させるため
の抵抗値Ｒ６とＲ８・とを得られる。

特に、ΔＩｏｕｔ／ΔＴ＝０と置けば、温度依存性が無
い出力電流を発生することができる。つまり、上記第１
電流発生手段が温度変動したことによる電流変化分と、
上記第２電流発生手段が温度変動したことによる電流変
化分とがキャンセルされるので、温度依存性が無くなる
。

また、上記第１実施例は、従来例と同じように、出力電
流Ｉ　ｏｕｔを示す式の中には正電源１の電圧に関する
変数が含まれていないので、電源電圧が変動した場合で
も出力電流Ｉ　ｏｕｔを一定値に維持することができる
。

たとえば１ｍを３０、Ｖｒを２Ｅ１ｍＶ、　Ｖｏを８０
０　ｍＶ。

とし、電流値が１ｍＡで温度依存性の無い出力電流を発
生させるには、Ｒ６を３，５にΩ、Ｒ８を２３０Ωに設
定すればよい。

上記第１実施例の動作を計算機シミュレーショで確認し
た結果を、第７図に実線で示しである。

１　ΔＲ なお、第７図の実線は、ｍを３０、−・□をＲΔＴ ＋０．２ｍ／”Ｏ，Ｒ８を３．５ＫＯ，Ｒ８ヲ２３０Ｉ
Ｑトｔ、テ計算したものである。また、第７図の縦軸は
、温度が４０℃の場合の出力電流値で正規化しである（
温度が４０℃の時の出力電流を約１ｍＡにしである）。

第７図に示す実線の場合、温度が３０℃上昇したときに
、出力電流の減少は１％よりも小さい、したがって、上
記第１実施例における出力電流の温度依存性が極めて小
さいことになる。。

第２図は、本発明の第２実施例を示す回路図である。

この第２実施例は、第１実施例のトランジスタ１０の代
りにトランジスタ１２を使用し、ダイオード９を省略し
、抵抗８の代りに抵抗１１を使用したものである。トラ
ンジスタ１２のベースは、ダイオード３と４との接続点
に接続されている。

他の回路部分は第１実施例と同じである。

第２図において、トランジスタ１２のコレクタ電流■１
は、次の式で与えられる。

７丁　＝　　　（Ｋ　　・　Ｔ）／ｑ なお、 ｖ■：サーマル電圧 に：ポルツマン定数 Ｔ：絶対温度 ｑ：単位電荷 Ｉｓｏ　　：ダイオード３の逆方向飽和電流Ｉｓ’：）
ランジスタ１２のベース・エミッタ接合逆方向飽和電流 ＩＯ＝ダイオード３の導通電流 Ｒ８：抵抗８の抵抗値 である。

ここで、’　ＩＩをＩｏに近い値に設定し、（Ｉｓ＋　
／　Ｉｓｏ　）　＝　ｍとおく、すなわち、トランジス
タ１２のベース書エミッタ接合とダイオード３のアノー
ド・カソード接合とが同一の材料でできているとし、こ
れらの接合の面積比をｍにすると、 ただし、ａ＝１ｎ（ｍ） となる、一方、トランジスタ７のコレクタ電流Ｉ２は、
次式で゛与えられる。

ただし、 ■Ｄ：ダイオード３．４の導通電圧 Ｒ８：抵抗６の抵抗値 である。

これらｚｌとＩ２とに関する式は、第１実施例の説明文
中でＲ８を２・Ｒ８で置換えたものと同じである。

したがって、第２実施例でも、温度依存性が小さい出力
電流を得ることができる。

なお、第２実施例において、トランジスタ７とダイオー
ド３．４と抵抗５．６とによって、出力電流の温度係数
が負である第１電流発生手段を構成し、トランジスタ１
２とダイオード３と抵抗５．１１とによって、出力電流
の温度係数が正である第２電流発生手段を構成している
。また、電流出力端子２２は、上記第１電流発生手段に
よる出力電流と上記第２電流発生手段による出力電流と
を同時に供給する端子である。　　　。

第３図は、本発明の第３実施例を示す回路図である。

この第３実施例は、第１実施例のトランジスタ１０の代
りにトランジスタ１４を使用し、抵抗８とダイオード９
とを省略し、ダイオード３．４の接続点とトランジスタ
１４のエミッタとの間に抵抗１３を設けたものである。

他の回路部分は第１実施例と同じである。

第３図において、トランジスタ１４のコレクタ電流１１
は、次の式で与えられる。

ＶＴ＝　　（Ｋ　−Ｔ）／ｑ なお、 ｖ丁＝サーマル電圧 に：ポルツマン定数 Ｔ：絶対温度 ｑ：単位電荷 Ｉｓｏ　　：ダイオード４の逆方向飽和電流！ｓ＋：）
ランジスタ１４のベース・エミッタ接合逆方向飽和電流 ■ｏ：ダイオード４の導通電流 Ｒ８：抵抗８め抵抗値 である。

ここで、ＩＩをＩＯに近い値に設定し、（１ｓ１　／Ｉ
ＳＯ）　＝ｍとおく、すなわち、トランジスタ１４のベ
ース・エミッタ接合とダイオード４のアノード拳カソー
ド接合とが同一の材料でできているとし、これらの接合
の面積比をｍにすると。

ただし、ａ＝１ｎ（ｍ） となる、一方、トランジスタ７のコレクタ電流工２は、
次式で午えられる。

ただし。

Ｖｏ：ダイオード３の導通電圧 Ｒ６：抵抗６の抵抗値 である。

これら■１と１２とに関する式は、第１実施例の説明文
中でＲ８を２・Ｒ８で置換えたものと同じである。

したがって、第３実施例でも、温度依存性が小さい出力
電流を得ることができる。

なお、第３実施例において、トランジスタ７とダイオー
ド３．４と抵抗５．６とによって、出力電流の温度係数
が負である第１電流発生手段を構成し、トランジスタ１
４とダイオード３．４と抵抗５．１３とによって、出力
電流の温度係数が正である第２電流発生手段を構成して
いる。また、電流出力端子２３は、上記第１電流発生手
段による出力電流と上記第２電流発生手段による出力電
流とを同時に供給する端子である。

第４図は、本発明の第４実施例を示す回路図である。

この第４実施例は、第１図に示す第１実施例のトランジ
スタ７、ｌＯを、マルチ・エミッタ形トランジスタ１５
に置き換えたものであり、他の回路要素は、第１図と同
じである。

したがって、第４実施例でも、温度依存性が小さい出力
電流を得ることができる。

第５図は、本発明の第５実施例を示す回路図である。

この第４実施例は、第３図に示す第３実施例のトランジ
スタ７．１４を、マルチ・エミッタ形トランジスタ１６
に置き換えたものであり、他の回路要素は、第３図と同
じである。

したがって、第５実施例でも、温度依存性が小さい出力
電流を得ることができる。

なお、第７図に実線で示す特性は、第１実施例における
計算機シミュレーションの結果を示すものであるが、第
２実施例〜第５実施例における計算機シミュレーション
の結果でもある。

［発明の効果］ 本発明によれば、電流源回路の温度が変動しても、その
出力電流の変化が極めて小さいので、たとえば各種端末
機器に適用される電子回路のように、厳しい環境条件の
下で使用される回路の電流源に適用すると、その有効性
を充分に発揮することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す回路図である。 第２図は、本発明の第２実施例を示す回路図である。 第３図は、本発明の第３実施例を示す回路図である。 第４図は、本発明の第４実施例を示す回路図である。 第５図は１本発明の第５実施例を示す回路図である。 第６図は、従来の電流源回路の例を示す回路図である。 第７図は、上記従来例および第１実施例における計算機
シミュレーションの結果を示す図である。 １・・・電圧源、 ２．２１，２２．２３．２４．２５−・・電流出力端子
、 ３．４．９・・・ダイオード ５．６．８，１１．１３・・・抵抗、 ７．１０．１２．１４．１５．１６・・・トランジスタ
。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 同代理人　　　用久保　　新　− 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 出力電流の温度係数が負である第１電流発生手段と； 出力電流の温度係数が正である第２電流発生手段と； 上記第１電流発生手段による出力電流と上記第２電流発
   生手段による出力電流とを同時に供給する電流出力端子
   と； を有することを特徴とする電流源回路。