JPH08228114A - 定電流源回路 - Google Patents

定電流源回路

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JPH08228114A
JPH08228114A JP7032166A JP3216695A JPH08228114A JP H08228114 A JPH08228114 A JP H08228114A JP 7032166 A JP7032166 A JP 7032166A JP 3216695 A JP3216695 A JP 3216695A JP H08228114 A JPH08228114 A JP H08228114A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】定電流源回路において、構成素子、特に抵抗の
製造バラツキによる出力電流の変動を小さく抑制し、製
造歩留を向上させる。 【構成】P型トランジスタ1,5,6及び9からなる第
1の電流ミラー回路と、N型トランジスタ2,7及び8
からなる第2の電流ミラー回路と、変換回路70と、可
変抵抗手段71とから構成されている。変換回路70
は、N型トランジスタ4のドレインを接続するドレイン
抵抗52の他端を第1の電流ミラー回路の出力電流を入
力し変換した電圧を出力する入出力端子としている。可
変抵抗手段71は、2端子間に直列接続された2つの固
定抵抗50及び51と、この2つの固定抵抗の接続点に
ドレインを接続し2端子の1つにソースを接続したN型
トランジスタ3とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は定電流源回路に関し、特
に電流ミラー回路からなる定電流源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の定電流源回路は、バイア
ス用の定電流源,定電流負荷,電流比の分配など、回路
の構成要素として用いられている。例えば、図4は従来
の定電流源回路の1例を示す回路図である。
【0003】図4を参照し、その回路構成を大きく区分
すると、この定電流源回路は、P型トランジスタ1,6
及び9からなる第1の電流ミラー回路と、N型トランジ
スタ2,7及び8からなる第2の電流ミラー回路と、ソ
ース抵抗55とから構成されている。
【0004】第1の電流ミラー回路は、P型トランジス
タ1,6及び9のゲートを共に入力端子に接続し、P型
トランジスタ1のドレインを入力端子とし他P型トラン
ジスタのドレインをそれぞれ出力端子としている。その
中でP型トランジスタ9のドレインは吐出用電流出力端
子60に導出されている。
【0005】第2の電流ミラー回路は、N型トランジス
タ2,7及び8のゲートを共に入力端子に接続し、N型
トランジスタ7のドレインを入力端子とし他N型トラン
ジスタのドレインをそれぞれ出力端子としている。その
中でN型トランジスタ8のドレインは吸込用電流出力端
子61に導出されている。又、第1の電流ミラー回路の
出力電流および入力電流を第2の電流ミラー回路の入力
端子および出力端子にそれぞれ入力または出力し、入出
力電流の正帰還ループを構成している。
【0006】ソース抵抗55は、第1の電流ミラー回路
の入力電流を出力する第2の電流ミラー回路のN型トラ
ンジスタ2のソースに一端を接続し、N型トランジスタ
2の出力電流自身の負帰還動作により出力電流値を設定
している。
【0007】次に、この定電流源回路の出力電流を求め
る。トランジスタ1,2,6,7,8及び9のゲート幅
を各々W1,W2,W6,W7,W8及びW9とし、ゲ
ート長を各々L1,L2,L6,L7,L8及びL9と
し、ソース抵抗55の値をRとする。 又、トランジス
タ・サイズをW1/L1=W6/L6=W9/L9およ
びW7/L7=W8/L8と定める。
【0008】各トランジスタを強反転領域で動作させた
とき、端子60と61に流れる出力電流Ioutは
【0009】
【0010】この回路は、電源電圧変動に対し、良好な
定電流特性を示す。
【0011】又、他の公知の例を示すと、例えば、図5
は特開昭61−145616号公報に示されている定電
流源回路の回路図である。
【0012】図5で示されている回路をブロック単位で
構成を説明する。この定電流源回路は、トランジスタ2
0,ダイオード30並びに抵抗56及び57からなる起
動回路70と、トランジスタ21,22及び23,ダイ
オード31及び32並びに抵抗58からなる定電流回路
71と、トランジスタ24及び25,演算増幅回路40
並びに抵抗59からなる温度特性相殺回路72から構成
されている。
【0013】次に、この回路の動作について説明する。
先ず、電源が供給されるとトランジスタ20のコレクタ
に電流が流れ、定電流回路71が起動する。
【0014】一方、温度特性相殺回路72において、演
算増幅回路40,トランジスタ24及び抵抗59からな
る帰還ループにより、抵抗59の端子電圧がダイオード
32の端子に発生した電圧と等しくなり、この電圧を抵
抗59の値で除した大きさの電流がトランジスタ24に
流れる。
【0015】この結果、この定電流源回路の吐出用電流
出力端子60には、定電流回路71のトランジスタ23
と温度特性相殺回路72のトランジスタ25とからのミ
ラー電流が足し合わされた電流が流れる。このとき、抵
抗58及び59の抵抗値ならびにトランジスタ24及び
25のエミッタ面積比を適当に設定することにより、温
度変化による変動電流分を相殺することができ、この定
電流源回路の吐出用電流出力端子60から吐き出される
定電流を温度変化に対し一定とすることができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来の定
電流源回路は、Ioutの表現式から分かるように、ソ
ース抵抗55の抵抗値バラツキにより大きく変動する。
このため、例えば、演算増幅回路のバイアス回路として
用いられると、演算増幅回路の特性に大きな製造バラツ
キを生じさせ製造歩留の低下を招くという問題点があ
る。
【0017】又、図5に示した従来の定電流源回路は、
良好な出力電流の温度特性をもつ。しかし、抵抗58及
び59の絶対値のバラツキによる出力電流の変動が図4
に示した回路と同様に大きく、演算増幅器40を用いる
ことにより周波数安定性に対し対策が必要になり素子数
も増加するという問題点がある。
【0018】したがって、本発明の目的は、定電流源回
路において、構成素子、特に抵抗の製造バラツキによる
出力電流の変動を小さく抑制し、製造歩留を向上させる
ことにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明による
定電流源回路は、ゲートを入力端子に接続した複数のト
ランジスタの1つのドレインを前記入力端子とし他のド
レインをそれぞれ出力端子とした第1の電流ミラー回路
と、この第1の電流ミラー回路の出力電流および入力電
流をそれぞれ入力または出力する相補極性の第2の電流
ミラー回路と、前記第1又は2の電流ミラー回路の入力
電流を出力するトランジスタのソースに一端を接続した
ソース抵抗とを有する定電流源回路において、前記第1
又は2の電流ミラー回路の出力電流を電圧に変換する変
換回路を備え、前記ソース抵抗は抵抗値が前記変換回路
の変換電圧により制御される可変抵抗手段からなる。
【0020】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0021】図1は、本発明の定電流源回路の第1の実
施例を示す回路図である。図1を参照し、その回路構成
を大きく区分すると、本実施例の定電流源回路は、P型
トランジスタ1,5,6及び9からなる第1の電流ミラ
ー回路と、N型トランジスタ2,7及び8からなる第2
の電流ミラー回路と、変換回路70と、可変抵抗手段7
1とから構成されている。
【0022】第1の電流ミラー回路は、P型トランジス
タ1,5,6及び9のゲートを共に入力端子に接続し、
P型トランジスタ1のドレインを入力端子とし他P型ト
ランジスタのドレインをそれぞれ出力端子としている。
その中でP型トランジスタ9のドレインは吐出用電流出
力端子60に導出されている。
【0023】第2の電流ミラー回路は、N型トランジス
タ2,7及び8のゲートを共に入力端子に接続し、N型
トランジスタ7のドレインを入力端子とし他N型トラン
ジスタのドレインをそれぞれ出力端子としている。その
中でN型トランジスタ8のドレインは吸込用電流出力端
子61に導出されている。又、第1の電流ミラー回路の
出力電流および入力電流を第2の電流ミラー回路の入力
端子および出力端子にそれぞれ入力または出力し、入出
力電流の正帰還ループを構成している。
【0024】変換回路70は、ソースを接地しゲートを
ドレインに接続したN型トランジスタ4とドレイン抵抗
52とから構成されている。N型トランジスタ4のドレ
インを接続するドレイン抵抗52の他端を第1の電流ミ
ラー回路の出力電流を入力し変換した電圧を出力する入
出力端子としている。
【0025】可変抵抗手段71は、2端子間に直列接続
された2つの固定抵抗50及び51と、この2つの固定
抵抗の中間接続点にドレインを接続し2端子の1つにソ
ースを接続したN型トランジスタ3とからなる。さら
に、N型トランジスタ3のゲートを変換回路70の入出
力端子に接続し2端子間の抵抗値を制御している。この
2端子の1つをN型トランジスタ2のソースに接続し他
端子を接地することにより、N型トランジスタ2の出力
電流自身の負帰還動作により出力電流値を設定してい
る。
【0026】次に、図1を参照して、本実施例の定電流
源回路の動作を説明する。
【0027】この実施例の定電流源回路の電源が供給さ
れると、P型トランジスタ1及び6並びにN型トランジ
スタ2及び7からなる正帰還ループの第1及び2の電流
ミラー回路の入出力電流がリーク電流などにより起動さ
れる。起動されたN型トランジスタ2の出力電流は、可
変抵抗手段71の抵抗値による出力電流自身の負帰還動
作のため、可変抵抗手段71の抵抗値により設定される
電流値において定常に達する。
【0028】このとき、P型トランジスタ5により供給
される電流は、ドレイン抵抗52とダイオード接続され
たN型トランジスタ4により電圧に変換される。この変
換された電圧はN型トランジスタ3のゲートに入力され
る。ここで、N型トランジスタ3は、ドレイン電圧が十
分低く設定されていると、三極管領域で動作し、ドレイ
ンとソースとの間の抵抗値をゲート電位により制御す
る。結局、N型トランジスタ2のソース抵抗としての可
変抵抗手段71の抵抗値は、N型トランジスタ2自身の
ドレインを流れる電流に依存することになる。
【0029】いま、抵抗50及び51並びにドレイン抵
抗52が製造バラツキにより設計値より大きい抵抗値に
振れたと仮定する。このとき、ドレイン抵抗52に流れ
る電流は減少するがドレイン抵抗52自身の抵抗値は増
加しているため、変換回路70の入出力端子に出力され
る変換電圧の変動は相殺されて若干の変動に留まる。こ
の変換電圧をゲートに入力しているN型トランジスタ3
のドレインとソースとの間の抵抗値も若干の変動に留ま
る。
【0030】可変抵抗手段71は抵抗50及び51の抵
抗値の変動により全体として抵抗値を増加させる。しか
し、ゲート電圧変動が若干の変動に留まるN型トランジ
スタ3が抵抗51と並列に接続されているので、可変抵
抗手段71全体としての合成抵抗値の変動は小さく抑制
される結果となる。
【0031】従って、本実施例の定電流源回路により、
抵抗絶対値の製造バラツキによる出力電流の変動を小さ
く抑えることができる。
【0032】又、変換回路70は、ソースを接地しゲー
トをドレインに接続したN型トランジスタ4をドレイン
抵抗52と直列接続しているため、N型トランジスタ4
のしきい値変動を含む変換電圧出力がN型トランジスタ
3のしきい値変動を相殺し、N型トランジスタ3のしき
い値の製造バラツキによる出力電流の変動を小さく抑え
ることができる。
【0033】以上の様子を調べるために回路シミュレー
ションを行った。図2は本実施例の定電流源回路の回路
シミュレーション結果を示す特性図である。この特性図
は、抵抗の温度係数+0.16%/K及び出力電流の設
計値20μAを回路シミュレーションの条件とし、抵抗
の絶対精度−10〜+25%をパラメータ変数とし、温
度範囲−30〜85℃における出力電流の特性を示して
いる。比較のために、図1に示す本実施例の定電流源回
路および図4に示す従来の定電流源回路の出力電流特性
を併記している。
【0034】図2に示されるように、室温(27℃)に
おける抵抗の絶対精度の変動に対する出力電流のバラツ
キは、従来の定電流源回路では−29〜+19%である
のに対し、本実施例の定電流源回路では−20〜+12
%となり、大幅に改善される。又、本実施例および従来
の定電流源回路は、正の温度係数をもつ抵抗の特性と負
の温度係数をもつMOSトランジスタの表面移動度とを
互いに相殺し、全体として、良好な出力電流の温度特性
を示している。しかし、両者を更に比較すれば、抵抗値
が設計中心値であるときの出力電流の温度係数は、従来
の定電流源回路では+2.0μA/100℃であるのに
対し、本実施例の定電流源回路では+1.1μA/10
0℃となり、やはり改善されている。
【0035】これらの改善理由は、変換回路70及び可
変抵抗手段71を備え、抵抗の絶対値変動に対し、変換
回路70の変換電圧を若干の変動に抑制すると共に、こ
の変換電圧をゲートに入力するMOSトランジスタと抵
抗素子からなる可変抵抗手段71の合成抵抗としての変
動率を小さく抑制することができるためである。
【0036】図3は、本発明の定電流源回路の第2の実
施例を示す回路図である。
【0037】図3を参照すると、本実施例の定電流源回
路は、ダイオード接続されたN型トランジスタ10,1
1,12及び13並びに抵抗53及び54からなる起動
回路を図1に示した第1の実施例に付加することによ
り、定電流源回路の起動時間を短縮したものである。電
流が定常状態に達したとき、抵抗54の両端に降下電圧
が発生するため、N型トランジスタ13が非導通とな
り、起動回路が定電流源回路から切り離される。
【0038】従って、本実施例の定電流源回路は、定常
状態において、図1に示した第1の実施例と同様に動作
する。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による定電
流源回路は、変換回路及び可変抵抗手段を備え、抵抗の
絶対値変動に対し、変換回路の変換電圧を若干の変動に
抑制すると共に、この変換電圧をゲートに入力するMO
Sトランジスタと抵抗からなる可変抵抗手段の合成抵抗
としての変動率を小さく抑制することができるため、抵
抗値の製造バラツキによる出力電流の変動を小さく抑制
することができ、製造歩留を向上させる。
【0040】又、同じ理由により、出力電流の温度係数
をも小さく抑制することができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定電流源回路の第1の実施例を示す回
路図である。
【図2】図1の定電流源回路の回路シミュレーション結
果を示す特性図である。
【図3】本発明の定電流源回路の第2の実施例を示す回
路図である。
【図4】従来の定電流源回路の1例を示す回路図であ
る。
【図5】従来の定電流源回路の他の1例を示す回路図で
ある。
【符号の説明】
1,5,6,9 P型トランジスタ 2,3,4,7,8,10,11,12,13 N型
トランジスタ 20,21,22,23,24,25 バイポーラト
ランジスタ 40 演算増幅器 50,51,52,53,54,55,56,57,5
8,59 抵抗 60 吐出用電流出力端子 61 吸込用電流出力端子 70 変換回路 71 可変抵抗手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲートを入力端子に接続した複数のトラ
    ンジスタの1つのドレインを前記入力端子とし他のドレ
    インをそれぞれ出力端子とした第1の電流ミラー回路
    と、この第1の電流ミラー回路の出力電流および入力電
    流をそれぞれ入力または出力する相補極性の第2の電流
    ミラー回路と、前記第1又は2の電流ミラー回路の入力
    電流を出力するトランジスタのソースに一端を接続した
    ソース抵抗とを有する定電流源回路において、 前記第1又は2の電流ミラー回路の出力電流を電圧に変
    換する変換回路を備え、前記ソース抵抗は抵抗値が前記
    変換回路の変換電圧により制御される可変抵抗手段から
    なることを特徴とする定電流源回路。
  2. 【請求項2】 前記変換回路は、前記第1又は2の電流
    ミラー回路の出力電流を入力し変換した電圧を出力する
    入出力端子と、前記ソース抵抗を接続したトランジスタ
    と同極性でありソースを接地または電源接続した第1の
    トランジスタと、この第1のトランジスタのドレイン及
    びゲートを一端に共通接続し他端を前記入出力端子に接
    続したドレイン抵抗とを有し、前記可変抵抗手段は、2
    端子間に直列接続された2つの固定抵抗と、前記第一の
    トランジスタと同極性であり前記2つの固定抵抗の接続
    点にドレインを接続し前記入出力端子にゲートを接続し
    前記2端子の1つにソースを接続した第2のトランジス
    タとを有する請求項1記載の定電流源回路。
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