JPH0345010A - 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〕 この発明は電流源回路に関し、特に電流源の過渡応答期
間を短縮できる電流源回路に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は従来の電流源回路を示す。ｌは電流源であり、
一方の端子が定電位、ここでは電源電位に結ばれており
、電流源１のもう一方の端子はスイッチ５を介して端子
３に、端子２はスイッチ５の制御端に結ばれている。電
流源１及びスイッチ５は電流源回路４を構成する。端子
３には抵抗１０が接続され、抵抗ｌＯのもう一端は接地
されている。なお、１１は端子３に存在する寄生容量で
ある。

次に動作について説明する。

ここでは、端子２にＨレベルが印加されたときスイッチ
５がオンし、端子２にＬレベルが印加されたときスイッ
チ５がオフするとする。まず端子２がＬレベルからＨレ
ベルになるとスイッチ５がオンし、電流源１の電流出力
が抵抗１０及び寄生容量１１に印加される。この時スイ
ッチ５のオン抵抗が零であり、出力電流Ｉｏはただちに
所定の出力レベルＩ０゜になる場合でも出力電圧はただ
ちに所定の出力１ノベル■。。Ｒにはならない、即ち、
過渡状態では出力電流によって供給される電荷が寄生容
量の充電のために使われるためである。

次に端子２がＨレベルからＬレベルになるとスイッチ５
がオフする。この時もスイッチ５のオン抵抗が零であり
、出力電流Ｉｏはただちに零となる場合でも出力電圧は
ただちに零にはならない。

即ち、寄生容量１１の放ｉｔ流が抵抗１ｏを流れるため
である。

抵抗１０に印加される電流ｉ、（ｔ）のラプラス変換結
果を１ｏ（ｓ）とすると、端子３に現れる電圧ｖｏ（ｔ
）のラプラス変換結果Ｖｏ（ｓ）は次のようになる。

Ｃ：寄生容量値 Ｒ：抵抗１０の抵抗値 ｖｏ（ｏ）：初期状態での出力電圧値 ここで、スイッチ５がオンするときにはステップ関数を
ｕ（ｔ）　　とすると、 ｔ　４１　（ｔ）　−Ｉｏｏ　ｕ　（ｔ）　　　　　　
　　・（２）ｖｏ　（ｏ）　＝　Ｏ”（３） となる、（２）式のラプラス変換結果及び（２）式を（
１）式に代入し、逆ラプラス変換を行なうと下式が得ら
れる。

Ｖｏ　（ｔ）　＝　ｌ００Ｒ（１−ｅ　−””）　　　
　　＝（４）またスイッチ５がオフするときには、 ｉｏ　（ｔ）　＝Ｏ・・・（５） Ｖｏ　（ｏ）　＝　ＩｏｏＲ−（６） であり、（５）式のラプラス変換結果及び（６）式を（
１）式に代入し、逆ラプラス変換を行なうと下式が得ら
れる。

Ｖｏ　（ｔ）　　−ＩｏｏＲｅ−””　　　　　　”（
７）以上の動作を第８図に示した。なお、立上り波形及
び立下り波形の最終値からの偏差Ｄ（ｔ）は、Ｄ（ｔ）
　−ｌ　Ｖｏ　（ｔ）　−ＶＯ（００）　　ｌ　　　　
・（８）で与えられ、立上り、立下りともに、 Ｄ　（ｔ）　＊＊　Ｉ　ＯＯＲｅ　−””　　　　　　
　　　・＝（９）となる。

ここで、最終値に真に整定する時間はＤ（■）−０より
論理上無限大の時間を必要とする。また最終値に±ΔＶ
のウィンドを設け、この範囲内に電圧が収束すれば実質
的に整定していると見なすとすると、（９）式でＤ（ｔ
）−ΔＶとおいて整定時間ｔ　ｓａｔは、 Δ■ となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電流源回路は以上のように構威されているので、
出力電圧が最終値に収束するまでの整定時間が長いなど
の欠点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、出力電圧の整定時間が短いものを得ることが
できる電流源回路を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ この発明に係る電流源回路は、過渡応答期間に出力電流
値を変化させ、予め定められた出力電流値にさらに余剰
電流を加えた電流値を一定期間出力し、その後余剰電流
の供給を止め、所定の電流値のみを出力するようにした
ものである。

〔作用〕

この発明においては、過渡応答期間に一定期間予め定め
られた出力電流値にさらに余剰電流を加えた電流を出力
する槽底としたから、この余剰電流によって寄生容量の
充放電を加速することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は立上り波形を加速することのできる本発明の一
実施例による電流源回路の槽底を示す。

第１図において、■及び７は電流源で、一方の端子が各
々スイッチ５及び８に接続されており、もう一方の端子
は定電位、ここでは電源電位に各々接続されている。１
と５は主電流源６を構威し、７と８は銅量流源９を槽底
する。スイッチ５及び８の出力側端子は共通に接続され
、を流源回路４の出力端子３に結ばれている。また、端
子２は電流源回路４の駆動端子であり、スイッチ５の制
御端子端、及び制電流源駆動回路１２に入力している。

制電流源駆動回路１２の出力はスイッチ８の制御端に接
続されている。

以上の電流源回路において、従来例と同じくその出力端
子３に抵抗１０が接続され、また寄生容量１１が端子３
に存在するとする。

次に動作について説明する。

スイッチ５．８はその制御端に印加される信号Ｓ、Ｓｔ
がＨレベルのときオンすると仮定する。

まず、端子２の信号ＳがＬからＨに変わると、銅量流駆
動回路１２の出力信号Ｓ１もＬからＨに変わる。これに
より、スイッチ５．８がオンし、電流？ｔｔＡｌの出力
Ｉ０゜と電流［７の出力■。１の出力の和（Ｉｏｏ＋Ｉ
ｏ＋）が端子３を介して、抵抗１０及び寄生容量１１に
印加される。従って、Ｉｏ。のみが印加されていた従来
例に比べ、単位時間当りに寄生容量１１へ供給する電荷
が多いので、出力電圧は速く立ち上がる。次に出力電圧
が目標値１００Ｒに近づいた時、制電流源駆動回路１２
の出力信号Ｓ１のみが再びＬに変わる。これによって出
力電圧植は■。。Ｒに整定してゆく、このように電流源
回路の出力を過渡応答期間内に変化させた後、元に戻す
ことによって最終出力レベルを変化させることなく、過
渡応答期間を短縮できる。

なお、上記のように制電流源駆動回路１２は入力信号Ｓ
がＨになると、一定期間Ｈを出力した後再びＬを出力す
る機能が必要であるが、その実現例については後述する
。

また上記第１の実施例は立上り時の整定時間の短縮を実
現した例であるが、立上りと立下りの両方の整定時間の
短縮を目的とした本発明の第２の実施例を第２図に示す
０図中、１〜１２は上記第１の実施例と同様の構成であ
る。これに加え、１３〜１６が立下り整定時間を短縮す
るために設けられたものである。１３は電流源であり、
その−端にスイッチ１４が接続され、他端は定電位、こ
こでは接地電位に接続されている。１３．１４で第２の
銅量流源１５を形成している。スイッチ１４の他端は電
流源回路４の出力端子である端子３に接続されている。

第２の制電流源駆動回路１６は入力端が電流源回路４の
制御端子である端子２に接続され、出力端子はスイッチ
１４の制御端に接続されている。

次に動作について説明する。

立上り動作については第１の実施例と同じであるので、
立下り動作について述べる。第１の実施例ではスイッチ
８は信号ＳがＬからＨに変化するとオンし、一定時間後
には再びオフする。一方、スイッチ５は信号ＳがＨであ
る限りはオンしている。従って、立下りの過渡応答を考
える時の初期状態はスイッチ５がオン、スイッチ８がオ
フしており、端子３の電位はＩ。ＯＲである０以上のこ
とを考慮すると動作は次のようになる。

信号ＳがＨからＬに変化すると、第２の制電流源駆動回
路１６の出力Ｓ２はＬからＨに変化する。

これにより、スイッチ５がオフし、スイッチ１４がオン
する。また、スイッチ８はオフしたままである。ｉｔ流
源１３の出力をＩ。、とし、電流の方向を考慮すると、
端子３から電流源方向へｔｏｔが流れることになる。従
って、寄生容量１１から単位時間当りに放電される電荷
は抵抗を介してのみ放電されていた従来例に比べ増加す
る。即ち、従来例に比べ出力電圧は速く立下る０次に出
力電圧は目標値である零に近づいた時、第２の制電流源
駆動回路１６の出力信号Ｓ２のみが再びＬに変わる。

これによって出力電圧は零に整定してゆく。

このように、電流源回路の出力を過渡応答期間に変化さ
せた後、元に戻すことによって最終出力レベルを変化さ
せることなく、過渡応答期間を短縮することができる。

なお、第２の制電流源駆動回路１６の具体的な構成例も
後で述べる。

第３図は本発明の第３の実施例による電流原回路を示す
、１００は電圧制御電流源であり、電流経路の一方が定
電圧、ここでは電源電圧に接続されており、もう一方が
端子３に接続されている。

１０１は制御電圧発生回路であり、出力が電圧制御電流
源１００の制御端に、入力が端子２に接続されている。

なお、電圧制御電流源１００と制御電圧発生回路１０１
で電流源回路４を構成している。電流源回路４の出力端
子３にはここでは抵抗１０が接続され、抵抗１０のもう
一方は接地されている。なお、１１は前述の２つの実施
例と同じく端子３の寄生容量である。

次に動作について説明する。

端子２に印加される信号ＳがＬからＨに変化した場合、
制御電圧発生回路１０１の出力ＶＣはＶＣＬからＶｃＨ
ｅに変化し、一定期間ＶＣ＋４＋であった後ＶＣＨにな
る。またＳがＨからＬに変化した場合、制御電圧発生回
路１０１の出力ｖｃはｖｃ）ｌからＶ　Ｃｔ−に変化し
、一定期間ｖ０−であった後ＶＣＬになる。

このような電圧変化を発生する回路１０１の具体的な構
成例は後で述べる。

ＶｃがｖｃＬの場合、電圧制御電流源１００の出力は零
、Ｖｅｌｌの場合は所定の出力■。。とすると、動作は
以下のようになる。信号ＳがＬからＨに変化すると、ｖ
ｃはｖｃＬからＶＣＮ−やに変化する。これに応じて、
電流源１００の出力は零からＩｏ。より大きな出力（Ｉ
ｏ。＋■。、）になり、端子３を介して抵抗１０及び寄
生容量１１に印加される。従って、■。。のみが印加さ
れていた従来例に比べ単位時間当りに寄生容量へ供給す
る電荷が多いので、出力電圧は速く立ち上がる。

次に出力電圧が目標値Ｉ０゜Ｒに近づいた時、ＶｃがＶ
ＣＸに変化する。これによって電流源１００の出力はＩ
。。Ｒに整定してゆく、信号ＳがＨからＬに変化すると
、ＶｏはＶＣＮからＶＣＬ−に変化する。

これに応じて、電流源１００の出力は負の電流■。３を
出力する。即ち、電流方向が端子３から電流源回路４の
方向へ流れていることになる。従って、寄生容量１１か
ら単位時間当り放電される電荷は抵抗を介してのみ放電
されていた従来例に比べ増加する。即ち、従来例に比べ
出力電圧は速く立下る０次に出力電圧が目標値である零
に近づいた時ｖｃは■。−からｖｃＬになり、電流源１
００の出力電流は零となる。これによって出力電圧は零
に整定してゆく、このように電流源回路の出力を過渡応
答期間に変化させた後、所定の値に戻すことによって最
終出力レベルを変化させることなく、過渡応答期間を短
縮することができる。

以上の実施例の動作を第４図に示す。

第１の実施例の動作は第２の実施例の立上りの応答に相
当するのでその説明を省略する。また、第２の実施例と
第３の実施例の出力電流及び電圧は１つにまとめた。出
力電圧のプロット図において、２００ａ、２００ｂは従
来例における出力波形である。また！。−■。。＋Ｉｏ
＋の期間がｔｐだけ続くとし、この期間における波形を
２０１ａ。

それ以後の波形を２０２ａで示している。また、■。＝
−１゜２の期間がｔ、ｌだけ続くとし、この期間におけ
る波形を２０１ｂ、それ以後の波形を２０２ｂで示して
いる。また２０３ａ及び２０３ｂは各々出力電流が■。

。＋ＩＯ＋及び−ＩＯ！に保持されたままであると仮定
した時の波形である。

立上り波形においてはステップ関数をｕ　（ｔ）とする
と、 １ｏ（ｔ）＝Ｉｏｏｕ（ｔ）＋Ｉｏ＋ｕ（ｔ）　　　Ｉ
ｏ＋ｕ（ｔ−ｔｐ）・・−０ｖ０（ｏ）　＝０　　　　
　　　　　　　　　　　＝ＯＤである。００式のラプラ
ス変換結果及び００式を（１）式に代入し、逆ラプラス
変換を行なうと下式が得られる。

Ｖ　（ｔ）　　＝　Ｉ　ｏｏＲ（１−ｅ−””）＋　Ｉ
　ｏ＋Ｒ（１−ｅ−””）　−Ｑ７Ｊ（Ｑ＜ｔ＜ｔＦ　
） ｖ　（ｔ）　　＝　Ｉ　ｏｏＲ（１−ｅ−””）＋　Ｉ
　ｏ＋Ｒ（１−ｅ−””）１　ｏ＋Ｒ（１−ｅ−”−”
””）　　　（ｔ　＜　ｔ　ｐ　）　−０３）立下り波
形においては、 ｉ６　（ｔ）　−１ｏｚｕ（ｔ）　＋　Ｉａｔｕ（ｔ　
　ＬＭ　）　””（＋４）Ｖｏ　　（０）　　”　１０
０Ｒ−（１５１である。（１４式のラプラス変換結果及
び０９式を（１）式に代入し、逆ラプラス変換を行なう
と、ｔｏ　（ｔ）　−Ｉ　ｏｏＲｅ−””）−１ｏＪ（
１−ｅ−””）　・−ａ６）（０＜ｔ＜ｔＨ） ｔｏ　（ｔ）　””　Ｉ　、、Ｒｅ−””）−Ｉ　ｏｚ
Ｒ（１−ｅ−””）＋ＩｏｚＲ（１−ｅ−′ｔ−”””
）　　（ｔ＜ｔＮ）・・・（！７）となる、　Ｑ２１．
０３）、　０６）、　Ｑ７ｊ式が各々曲線２０１ａ２０
２ａ、２０１ｂ、２０２ｂに対応する。

ここで、Ｉ　Ｏ＋又は■。、を■。８、ｔ、又は１）Ｉ
をｔ８に置き換えて、立上り波形、立下り波形の偏差Ｄ
Ｘ　（ｔ）を求めると、（８）式より立上り、立下りと
もに ＤＸ　（ｔ）　＝　ＲＩ　Ｉ　ｏｏＲｅ−””）−Ｉ　
ｏｘ（１−ｅ−””）　ｌ　・”０８）（０〈ｔくｔｘ
） ＤＸ　（ｔ）　＝　ＲＩ　Ｉ　ｏｏ−１ｏｘ（ｅ”′ｃ
”−１）　ｌ　ｅ−””　＝０９）（ｔ＜ｔＸ） となる、ここで波形が最終値に初めて到達する時間１ｏ
を求めるため、０８）式でＤｘ（ｔ＋）＝０とすると、 となる、この時刻を乞えとした場合、即ち、となるよう
な動作をさせた場合、（２１）式を０９式に代入するこ
とにより、 ＤＸ　（ｔ）＝Ｏ（ｔ＜ｔＸ）　　　・・・（２２とな
ることがわかる。また（２１）式より■。８を大きくす
ればするほど、ｔ８は零に近づくことがわかる。即ち、
信号Ｓが変化した瞬間に立上りにおいてはＩｏ。＋Ｉ　
０１の出力電流を、立下りにおいては−１゜８の出力電
流を印加し、出力電圧が目ｍ値ＩｏｏＲ又は零に到達し
た瞬間、立上りにおいては出力電流をＩｏ。、立下りに
おいては出力電流を零にすることによって、有限時間で
真に整定させることができる。またこの整定時間は電流
値１０１又はｈｏｔを大きくすることによって、いくら
でも小さくできる。

ｔＸがｔｏと一致しない場合でもｔ８がある範囲であれ
ば整定時間は短縮できる０本発明の場合、波形が最終値
に近づいた場合の波形の最終値からの偏差は０９式で与
えられる。ここで、であれば、 ｆｏｅ＞Ｉｏ。−１，、（ｅｔ”／ｅｌ　−１）　＞　
１００・（２４）弐が成立する。　（２４）式と（８）
、０９式より、ＤＸ　（ｔ）　＜Ｄ（ｔ）　　　　　　
　　　　　　　・・・（２５）が成立する。即ち、（２
３）式が成立する範囲では波形の最終値は本発明実施例
では従来例より常に小さくなり、本発明実施例は整定時
間を短縮していることがわかる。

次に制電流源駆動回路及び制御電圧発生回路の具体的な
構成例を第５図（ａ）に示す。

制電流源駆動回路１２．１６はここでは１つの回路にま
とめ、９９で示した。また制御電圧発生回路は副型流源
９９を用いて１０１のように構成される。信号Ｓはイン
バータ３１０及び遅延回路３０１に入力し、インバータ
３１０は反転信号Ｓａ、遅延回路３０１はＳに対しｔｘ
だけ遅れた遅延信号ｓｂを発生する。Ｓａ、ＳｂはＮ０
Ｒ３１１及びＡＮＤ３１２に入力している。ＮＯＲ３１
１の出力Ｓ１はＳａ、！：ＳｂがともにＬのときのみＨ
となるので、第５図（ｂ）の波形図に示すように、Ｓの
立上りから時間ｔｘだけＨを持続する信号となる。ＡＮ
Ｄ３１２の出力Ｓ２はＳａとｓｂがともにＨのときのみ
Ｈとなるので、第５図（ｂ）に示すようにＳの立下りか
ら時間ｔｘだけＨを持続する信号となる０以上が制電流
源駆動回路の構成と動作である。

制御電圧発生回路は上記制電流源駆動回路を含む。３０
２，３０３，３０４，３０５は各々ＶＣＬｖＣＬ−ｉ　
”ＣＭや＋ＶＣ＋４の出力を持つ電圧源であり、各々ス
イッチ３０６，３０７，３０８，３０９を介して制御電
圧出力端子３１５に接続されている。

スイッチ３０８及び３０７は直接信号３１．３２によっ
て開閉される。ここでは、スイッチは制御端の信号がＨ
のときオンすると仮定している。従って、Ｓｌ及びＳ２
がＨの期間は第５図（ｂ）に示されるように、ｖｃは各
々ＶＣＮ　＋及びｖｃＬ−となる。

Ｎ０Ｒ３１３には信号Ｓａ及びｓｌが入力しているので
、その出力Ｓ３はこれら２つの信号ＳａとＳｌがともに
ＬのときのみＨとなり、第５図（ｂ）に示される波形と
なる。従って、この期間はスイッチ３０９がオンし、■
、はＶＣＨとなる。またＮ。

Ｒ３１４には信号Ｓと８２が入力しているので、その出
力′Ｓ４はこれら２つの信号Ｓと３２がともにＬのとき
のみＨとなり、第５図し）に示される波形となる。従っ
て、この期間はスイッチ３０６がオンし、ｖｃは■、Ｌ
となる。このようにして、第５図（ｂ）のような波形が
制ｉｔ圧として端子３１５から得られる。

なお、遅延回路３０１の具体的な構成例として第６図の
ようなインバータを偶数個接続したものが広く知られて
いる。インバータの駆動能力を適当に設計することによ
り、所望の遅延が得られる。

またこの遅延回路はこれ以外の構成でもよい。

さらに上記実施例では遅延回路、銅量流Ｓ駆動回路、電
流源回路の具体的な構成を示したが、最終的に２値を出
力する電流源であって、過渡応答期間に第３の出力値を
一定期間持続するものであればよく、上記と同様の効果
を奏する。

上記第３の実施例における電圧制御電流源は異なる３つ
又は４つの制御電圧に対して異なる３つ又は４つの出力
電流を出力すれば良く、制御電圧と出力電流の間に特定
の関係、例えば線形関係を持つ必要はない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、電流源回路において
、過渡応答期間に出力電流値を変化させ、予め定められ
た出力電流値にさらに余剰電流を加えた電流値を一定期
間出力し、その後余剰電流の供給を止め、所定の電流値
のみを出力する構成としたから、この余剰電流によって
寄生容量の充放電を加速することができ、これにより電
圧応答期間を短縮できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はこの発明の第１．第２、第３
の実施例による電流源回路の回路図、第４図は実施例の
動作説明図、第５図は副型流源駆動回路及び制御電圧発
生回路を説明するための図、第６図は遅延回路の構成例
を示す図、第７図は従来の電流源回路の構成を示す図、
第８図は従来の電流源回路の動作を説明するための図で
ある。 １は電流源、２は電流源回路の駆動端子（論理信号印加
端子）、３は出力端子、４は電流源回路、６は主電流源
、７．１３は副電流源、５，８．１４はスイッチ、９．
１５は副電流源、１０は抵抗、１１は寄生容量、１２．
１６は副型流源駆動手段、１００は電圧制御電流源、１
０１は制御電圧発生回路。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電流出力端子を持ち、２値論理信号で駆動され、
   これに応じて予め定められた出力電流を出力する電流源
   回路において、 上記出力端子の電圧の過渡応答期間内に上記予め定めら
   れた出力電流値以外の電流値を出力することを特徴とす
   る電流源回路。