JPH0750847B2 - Bias circuit - Google Patents

Bias circuit

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JPH0750847B2
JPH0750847B2 JP58170695A JP17069583A JPH0750847B2 JP H0750847 B2 JPH0750847 B2 JP H0750847B2 JP 58170695 A JP58170695 A JP 58170695A JP 17069583 A JP17069583 A JP 17069583A JP H0750847 B2 JPH0750847 B2 JP H0750847B2
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隆史 古賀
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は例えば半導体回路(特に半導体集積回路)に
用いられる帰還形のバイアス回路に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a feedback-type bias circuit used in, for example, a semiconductor circuit (particularly a semiconductor integrated circuit).

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

電子回路に於いて、バイアス回路はその電子回路の動作
条件を決定するものであり、不可欠のものである。第1
図に半導体集積回路に於いて最も多く用いられている帰
還形バイアス回路を示し、その説明を行なう。
In an electronic circuit, the bias circuit determines the operating condition of the electronic circuit and is indispensable. First
A feedback type bias circuit which is most often used in a semiconductor integrated circuit is shown in FIG.

破線で囲まれるところのトランジスタQ1〜Q3,抵抗R1〜R
3がバイアス回路を構成しており、トランジスタQ4と抵
抗R4、及びトランジスタQ5とR5がこのバイアス回路によ
って駆動される電流源であり、それぞれ回路1及び回路
2の動作電流を決定している。トランジスタQ3のエミッ
タ電流IE3但し、VBEn:トランジスタQn(n=1,2,…)のベース・
エミッタ間順方向降下電圧 となる。トランジスタQ3とトランジスタQ4,Q5…はカレ
ントミラー回路を構成している為、トランジスタQ4,Q5,
…のエミッタ電流IE4,IE5,…は となる。したがって、バイアス回路によってエミッタ電
流IE3を決定し、抵抗R3,R4,R5,…の抵抗値比を決定する
ことにより任意のバイアス電流を得ることができる。
Transistors Q 1 to Q 3 in the place surrounded by the broken line, the resistor R 1 to R
3 constitutes a bias circuit, and the transistor Q 4 and the resistor R 4 and the transistors Q 5 and R 5 are the current sources driven by the bias circuit, which determine the operating currents of the circuit 1 and the circuit 2, respectively. ing. The emitter current I E3 of the transistor Q 3 is However, V BEn : Base of transistor Q n (n = 1,2, ...)
It becomes the forward drop voltage between the emitters. Since the transistor Q 3 and the transistors Q 4 , Q 5 ... Form a current mirror circuit, the transistors Q 4 , Q 5 ,
The emitter current I E4 , I E5 , ... of Becomes Therefore, an arbitrary bias current can be obtained by determining the emitter current I E3 by the bias circuit and determining the resistance value ratio of the resistors R 3 , R 4 , R 5 , ...

この帰還形のバイアス回路の利点は、帰還ループによっ
てA点のインピーダンスを極めて低くできる為、A点に
接続される負荷(図ではトランジスタQ4,Q5,…のベー
ス)が重くなっても式(1)で決定されるトランジスタ
Q3のエミッタ電流IE3がほとんど変化しないことであ
る。例えば、A点に接続されるトランジスタQ4,Q5,…等
のトランジスタを多段接続することが可能であり、かつ
これらトランジスタQ4,Q5,…のhFE(エミッタ接地電流
増幅率)が低下してもその影響がバイアス回路及びトラ
ンジスタQ4,Q5,…のエミッタ電流に対してほとんど現わ
れない。
The advantage of this feedback type bias circuit is that the impedance at the point A can be made extremely low by the feedback loop, so even if the load connected to the point A (the bases of the transistors Q 4 , Q 5 , ... In the figure) becomes heavy, Transistor determined in (1)
It means that the emitter current I E3 of Q 3 hardly changes. For example, the transistors Q 4, Q 5 is connected to the point A, it is possible to cascaded transistors ... etc., and these transistors Q 4, Q 5, ... of the h FE (grounded emitter current amplification factor) is Even if it decreases, the influence hardly appears on the bias circuit and the emitter currents of the transistors Q 4 , Q 5 , ....

しかしながら、この帰還形のバイアス回路は100%の負
帰還を行なっている為、回路の安定性が悪く、特にA点
に多くのトランジスタを接続した場合、トランジスタの
入力容量および配線の浮遊容量によってA点が容量負荷
となり、高い周波数領域でゲイン余裕、位相余裕がなく
なり、発振する場合が多いという欠点がある。
However, this feedback type bias circuit performs negative feedback of 100%, so the stability of the circuit is poor. The point becomes a capacitive load, and there is a disadvantage that the gain margin and the phase margin are lost in a high frequency region, and oscillation often occurs.

そこで、従来より第2図または第3図に示すような帰還
形のバイアス回路が用いられている。
Therefore, conventionally, a feedback type bias circuit as shown in FIG. 2 or 3 has been used.

まず、第2図に示す回路は、先の第1図に示す回路に対
してトランジスタQ2,抵抗R2を削除し、トランジスタQ1
のエミッタ電流をトランジスタQ3(及びQ4,Q5,…)のベ
ース電流のみとして極端に小さくすることによってトラ
ンジスタQ1(Transition周波数)を極めて低く
し、高い周波数に於けるループゲインを小さくし、位相
余裕を大きくしたものである。
First, the circuit shown in FIG. 2, removes the circuit shown in Figure 1 of the above transistor Q 2, the resistor R 2, the transistor Q 1
The emitter current transistor Q 3 (and Q 4, Q 5, ...) and in loop gain very low, high frequency transistors Q 1 T (Transition Frequency) by only to base current extremely small It is smaller and the phase margin is larger.

この第2図の回路は安定で発振もしないが、トランジス
タQ1を低くしている為、高い周波数でA点のイン
ピーダンスが上昇し、A点に多く接続される回路間で干
渉を起す原因となる欠点がある。例えば、トランジスタ
Q4,Q5のベース・コレクタ間容量を介して回路1と回路
2が干渉する。
The circuit of FIG. 2 is stable and does not oscillate, but since T of the transistor Q 1 is made low, the impedance at the point A rises at a high frequency, causing interference between circuits often connected to the point A. There is a defect that causes it. For example, a transistor
Circuit 1 and circuit 2 interfere via the base-collector capacitance of Q 4 and Q 5 .

第3図に示す回路はトランジスタQ3のコレクタとアース
(GND)間にコンデンサCを接続し、抵抗R1とコンデン
サCで構成される積分回路によって高い周波数でのルー
ゲインを小さくして位相余裕を大きくしたものである。
In the circuit shown in FIG. 3, a capacitor C is connected between the collector of the transistor Q 3 and the ground (GND), and an integrator circuit composed of the resistor R 1 and the capacitor C reduces the loop gain at high frequencies to reduce the phase margin. It is a big one.

この方法も回路は安定となるが、コンデンサを必要とす
る為、半導体集積回路には好ましくない。
Although this method also stabilizes the circuit, it requires a capacitor and is not preferable for a semiconductor integrated circuit.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

この発明はコンデンサを用いることなく安定に動作し、
高い周波数領域に於いても出力インピーダンスが極めて
低い半導体集積回路化に好適なバイアス回路を提供する
ことを目的とする。
This invention operates stably without using a capacitor,
It is an object of the present invention to provide a bias circuit suitable for forming a semiconductor integrated circuit having an extremely low output impedance even in a high frequency region.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

この発明は、帰還ループ内のエミッタホロワのコレクタ
に負荷抵抗を付加することで、ミラー効果による等価的
な容量を作り位相補償を行なうようにしたものである。
According to the present invention, a load resistance is added to the collector of the emitter follower in the feedback loop to create an equivalent capacitance by the Miller effect and perform phase compensation.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第4図は一実施例の回路図である。第4図に於いて、元
の第1図と異なる点はエミッタホロワを成すトランジス
タQ1のコレクタと電源VCC間に抵抗RMが挿入されている
点である。各部の接続構成を具体的に説明すると、トラ
ンジスタQ1のコレクタは抵抗RMを介して電源VCCに接続
され、エミッタはトランジスタQ2のコレクタ及びベース
に接続されている。トランジスタQ2のエミッタは抵抗R2
を介して接地されている。トランジスタQ2のベースはト
ランジスタQ3のベースに接続され、トランジスタQ3のコ
レクタは抵抗R1を介して電源VCCに接続され、エミッタ
は抵抗R3を介して接地されている。また、トランジスタ
Q1のベースはトランジスタQ3のコレクタに接続されてい
る。
FIG. 4 is a circuit diagram of one embodiment. In FIG. 4, a point different from the original FIG. 1 is that a resistor R M is inserted between the collector of the transistor Q 1 forming the emitter follower and the power supply V CC . Explaining the connection configuration of each part in detail, the collector of the transistor Q 1 is connected to the power supply V CC via the resistor R M , and the emitter is connected to the collector and base of the transistor Q 2 . The emitter of transistor Q 2 is a resistor R 2
Grounded through. The base of transistor Q 2 is connected to the base of the transistor Q 3, the collector of the transistor Q 3 are connected through a resistor R 1 to the power supply V CC, and the emitter is grounded through a resistor R 3. Also transistors
The base of Q 1 is connected to the collector of transistor Q 3 .

上記構成に於いて動作を説明する抵抗RMを追加すること
によって、トランジスタQ1のベースからコレクタまでの
ゲインGは、 となる。但し、renはトランジスタQnのエミッタ内部イ
ンピーダンスである。ここで、トランジスタQ1のコレク
タ・ベース間容量をCcbとすれば、等価的にトランジス
タQ1のベースからみた容量CMはミラー効果により、 となる。この容量CMは第4図に示すように等価的にトラ
ンジスタQ1のベースとアース間に接続されている。RM
値をトランジスタQ1が飽和する直前までに大きく選べ
ば、式(4)からわかるように容量CMは最も大きくな
る。この回路は先の第3図で説明した回路と電気的には
全く同等の動作を行なう。
By adding a resistor R M for explaining the operation in the above configuration, the gain G from the base to the collector of the transistor Q 1 is Becomes However, r en is the emitter internal impedance of the transistor Q n . Here, if the collector-base capacitance of the transistor Q 1 is C cb , the capacitance C M equivalently seen from the base of the transistor Q 1 is Becomes This capacitance C M is equivalently connected between the base of the transistor Q 1 and the ground as shown in FIG. If the value of R M is chosen to be large just before the transistor Q 1 saturates, the capacitance C M will be the largest, as can be seen from equation (4). This circuit electrically operates in exactly the same way as the circuit described in FIG.

ここで、実際の定数を用いて考えてみる。Now, let's consider using actual constants.

VCC=5V,IE2=IE3=0.1mA,及びA点の電位を1Vとする
と、各抵抗値は、R1=33kΩ,R2=R3=3kΩとなる。但
し、VBEnは0.7Vである。さらに、トランジスタQ1のコレ
クタ・エミッタ間電圧を1Vと設定すると、RM=30kΩと
なる。トランジスタQ1のコレクタ・ベース間容量Ccb
0.3pFとすれば、式(4)より容量CMとなる。但し、 として計算してある。ここで、k:ボルツマン定数、q:電
子の荷重、T:絶対温度300゜Kである。
When V CC = 5V, I E2 = I E3 = 0.1 mA, and the potential at point A is 1 V, the resistance values are R 1 = 33 kΩ, R 2 = R 3 = 3 kΩ. However, V BEn is 0.7V. Furthermore, if the collector-emitter voltage of the transistor Q 1 is set to 1 V, then R M = 30 kΩ. The collector-base capacitance C cb of transistor Q 1
If it is 0.3 pF, the capacitance C M can be calculated from equation (4). Becomes However, Is calculated as Here, k: Boltzmann's constant, q: electron load, T: absolute temperature 300 ° K.

このとき、R1とCMで作られる極の周波数となり、通常発振する周波数(100MHz〜200MHz)の領域
に於いて、十分小さなループゲインとなり、位相余裕が
十分に大きくなる。
In this case, the frequency P of poles made by R 1 and C M is In the region of the frequency (100MHz to 200MHz) that normally oscillates, the loop gain becomes sufficiently small and the phase margin becomes sufficiently large.

また、トランジスタQ1のエミッタ電流IE1も充分に流す
ことができ、トランジスタQ1を高く設定できるの
で、図示A点のインピーダンスは高い周波数領域でも低
くなっている。
The emitter current I E1 of the transistor Q 1 can also be made to flow sufficiently, it is possible to set high T of the transistor Q 1, the impedance of an A point is lower at higher frequencies.

第5図はこの発明の第2の実施例を示すものである。図
示の実施例は第4図の実施例に対して、抵抗R1及びトラ
ンジスタQ3のコレクタの接続点とトランジスタQ1のベー
スとの間に抵抗RSを挿入したものである。この場合、極
の周波数が合成抵抗(R1+RM)と容量CMで作られ、
したがってこれを第4図の実施例のものよりもさらに低
くすることができる。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The illustrated embodiment differs from the embodiment of FIG. 4 in that a resistor R S is inserted between the connection point of the resistor R 1 and the collector of the transistor Q 3 and the base of the transistor Q 1 . In this case, the pole frequency P is created by the combined resistance (R 1 + R M ) and the capacitance C M ,
Therefore, this can be made even lower than that of the embodiment of FIG.

第6図はこの発明の第3の実施例を示すものである。図
示の実施例は第4図の実施例に対してトランジスタQ2
削除し、トランジスタQ1のエミッタをトランジスタQ3
ベースに接続するとともに、抵抗R2を介してアースに接
続するようにしたものである。この場合、第4図に比
べ、抵抗R2の値が大きくなり、ミラー効果が小さくなる
為、極の周波数は高くなるが、位相補償は可能であ
る。
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. In the illustrated embodiment, the transistor Q 2 is omitted from the embodiment of FIG. 4, and the emitter of the transistor Q 1 is connected to the base of the transistor Q 3 and is also connected to the ground via the resistor R 2 . It is a thing. In this case, as compared with FIG. 4, the value of the resistor R 2 becomes large and the Miller effect becomes small, so that the pole frequency P becomes high, but phase compensation is possible.

第7図はこの発明の第4の実施例を示す回路図である。
図示の実施例は、第4図を第5図のように変形したと同
様に、第6図に対して抵抗RSを付加し、極の周波数を低
くするようにしたものである。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
In the embodiment shown in the figure, similarly to the modification of FIG. 4 as shown in FIG. 5, a resistor R S is added to FIG. 6 to lower the pole frequency.

なお、図示しないがこの他にも、第4図、第5図に於い
て抵抗R2,R3を削除し、トランジスタQ2,Q3のエミッタを
直接接地した場合、及び第6図、第7図に於いて抵抗R3
を削除し、トランジスタQ3のエミッタを直接接地した場
合にもさらに大きな位相補償効果が得られる。
In addition, although not shown, in addition to this, when the resistors R 2 and R 3 are removed in FIGS. 4 and 5, the emitters of the transistors Q 2 and Q 3 are directly grounded, and in FIGS. Resistance R 3 in Fig. 7
Is eliminated and the emitter of the transistor Q 3 is directly grounded, a larger phase compensation effect can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

このようにこの発明によれば、コンデンサを用いること
なく安定に動作し、高い周波数領域に於いても出力イン
ピーダンスが極めて低い半導体集積回路化に好適なバイ
アス回路を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a bias circuit that operates stably without using a capacitor and that has a very low output impedance even in a high frequency range and that is suitable for a semiconductor integrated circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は従来のバイアス回路の第1の例を示す回路図、
第2図は従来のバイアス回路の第2の例を示す回路図、
第3図は従来のバイアス回路の第3の例を示す回路図、
第4図はこの発明に係るバイアス回路の第1の実施例を
示す回路図、第5図はこの発明の第2の実施例を示す回
路図、第6図はこの発明の第3の実施例を示す回路図、
第7図はこの発明の第4の実施例を示す回路図である。 Q1〜Q3……トランジスタ、R1〜R3,RM,RS……抵抗、Ccb,
CM……容量。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first example of a conventional bias circuit,
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second example of a conventional bias circuit,
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third example of a conventional bias circuit,
FIG. 4 is a circuit diagram showing a first embodiment of the bias circuit according to the present invention, FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a third embodiment of the present invention. Circuit diagram,
FIG. 7 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention. Q 1 ~Q 3 ...... transistor, R 1 ~R 3, R M , R S ...... resistance, C cb,
C M …… Capacity

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コレクタが第1の抵抗を介して電源に接続
され、エミッタが基準電位端に接続され、ベースが出力
端子に接続された第1のトランジスタと、 コレクタが第2の抵抗を介して電源に接続され、エミッ
タが前記第1のトランジスタのベースに負帰還系路とし
て接続され、ベースが前記第1のトランジスタのコレク
タ側に接続された第2のトランジスタとを具備し、 前記第1、第2の抵抗と前記第1、第2のトランジスタ
に付随する寄生容量とで形成される積分回路により発振
を防止するための位相余裕を持たせたことを特徴とする
バイアス回路。
1. A first transistor having a collector connected to a power source through a first resistor, an emitter connected to a reference potential terminal, and a base connected to an output terminal; and a collector connected through a second resistor. A second transistor whose emitter is connected to the base of the first transistor as a negative feedback path and whose base is connected to the collector side of the first transistor. , A bias circuit having a phase margin for preventing oscillation by an integrating circuit formed by a second resistor and a parasitic capacitance associated with the first and second transistors.
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