JPS6030126B2 - カレントミラ−回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ＩＣ化に好適なカレントミラー回路に関
する。

先ず、第１図を参照して、従釆の一のカレントミラー回
路について説明する。

Ｑ，，Ｑ２及びＱ３は夫々ＮＰＮ形トランジスタ、十Ｂ
は電源、１は電流源回路（入力電流１，を発生する）、
２は出力電流１２の得られる出力端子である。トランジ
スタＱ，のェミッタが接地され、コレク夕が電流源回路
１を通じて電源＋Ｂに接続される。

トランジスタＱ２のェミッタが接地され、そのコレクタ
及びベースが互いに接続され、その後続点がトランジス
タＱ，のベースに接続される。トランジスタＱ３のエミ
ツタがトランジスタＱ，，Ｑ２の各ベースに共通に接続
され、ベースがトランジスタＱ．のコレクタに接続され
、コレク夕が出力端子２に接続される。次にこの第１図
のカレントミラー回路について入、出力電流１，，Ｚ‘
こついて検討する。

先ず、トランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ３のェミッタ接地電
流増幅率をｈに、トランジスタＱ，，Ｑ２のベース電流
をｉｂとする。かくすると、トランジスタＱ３のベース
電流ｉｄ３は次式の如く表わされる。ｉ広：常詰子‐ｉ
ｂ ……｛１１又、入力電流１，は次式の如く
表わされる。

１，＝ｈ２ｆｅ＋水企十２．ｉｂ …
…■ｈｆｅ＋１更に出力電流１２（トランジスタＱ３の
コレクタ電流）は次式の如く表わされる。

，２＝ｈ雌単Ｚ壁．ｉｂ ・・・・・・
‘３’ｈ栓＋１‘２｝、糊式から１２‘ま次式の如く表
われる。

・２＝ｈ寿き≦十が窯≦２‐１・ ‐‐‐…｛４）
かくして、‘４）式から第１図の回路は、電流伝達比１
２／ＩＢが略１のカレントミラー回路で、ｈｆｅの変化
に拘わらず１２／１．が頗る１に近いものであることが
解る。次に、第２図を参照して、従来の他のカレントミ
ラー回路について説明するも、第２図に於いて第１図と
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する
。この第２図のカレントミラー回路では、第１図の回路
に於いて、トランジスタＱのコレクタを電源＋Ｂに接続
すると共に、トランジスタＱ２のコレクタとべ‐スとの
接続を断ち、そのコレク夕を出力端子２に接続した場合
である。次にこの第２図のカレントミラー回路について
入、出力電流１，，１２‘こついて検討する。

先ずトランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ３のェミッタ接地電流
増幅率をｈｆｅ、トランジスタＱ，，Ｑ２のベース電流
をｉｂとする。かくすると、トランジスタＱのベース電
流ｉ広は次式の如く表わされる。ｉ広＝市鼻了・ｉｂ
……｛５１又、入力電流１，は次式の如く表わ
される。

ー．ニｈ２ｆｅ＋ｈ栓＋２．ｉｂ …
…【６１ｈ燈＋１更に出力電流１２（トランジスタＱ２
のコレクタ電流）は次式の如く表わされる。

１２＝ｈ企・ｉｂ ……｛７１
‘臥｛７｝式からいま次式の如く表わされる。

・２＝ｈ寿き≦古毒≦２‐１・ ……【８）かく
して、側式から第２図の回路も、電流伝達比１２／１，
が略１のカレントミラー回路で、ｈ笹の変化に拘わらず
１２／１，が頗る１に近いものであることが解る。但し
、■式と【８｝式とでは、その分母及び分子のｈｆｅの
１次の項の係数が夫々２，１なので、１２／１，の１に
対する精度は第１図の回路の方が第２図の回路より高い
。又、第２図の回路ではトランジスタＱ，，Ｑ２のベー
ス電流の逃げ道がないので、入力電流１，がかなり高周
波を以つて変化する場は、トランジスタＱ，，Ｑ２の蓄
積遅れ時間の影響により、出力電流１２が入力電流１，
に追従して変化できないという欠点がある。

この点、第１図の回路は問題がない。さて、上述の第１
図及び第２図の回路は、１２／１，が略１となるように
構成されているので、１２／１，の１に対する精度はか
なり高いことが鱗つた。次に、１２／１，が１以外の値
になるように第１図の回路に変更を加えた場合のカレン
トミラー回路について第３図を参照して説明する。この
第３図のカレントミラー回路は、第１図の回路に於ける
トランジスタＱ２の代わりにマルチェミツタトランジス
タＱ２′を設けた場合で、ここではェミツタが２つある
（又はェミッタ領域の面積が他のトランジスタＱ，，Ｑ
３のそれの２倍）場合である。次にこの第３図のカレン
トミラー回路について入，出力電流１，，ら１こついて
検討する。先ず、トランジスタＱ，，Ｑ２′，Ｑ３のェ
ミツタ接地電流増幅率をｈｆｅ、トランジスタＱ，，Ｑ
２′のベース電流を夫々ｉｂ，２ｂとする。かくすると
、トランジスタＱのベース電流ｉｂ３は次式の如く表わ
される。ｉ広＝辞鼻卓‐ｉｂ ……■又、入力
電流１，は次式の如く表わされる。

，．＝ｈをｅ＋枇杷＋３．ｉｂ ．・・・
・・胤ｈｆｅ＋１更に出力電流ら（トランジスタＱ３の
コレクタ電流）は次式の如く表わされる。

ｂ＝水害毒三葦企‐ｉｂ ‐‐‐‐‐‐（１１）Ｏ
■，（１１）式からＬ‘ま次式の如く表わされる。

・２＝ｈ菱等≦寿襲撃３‐・．＝２‐毒苧きさま芝生き
‐１．‐‐‐‐‐‐（・２）かくして、（１２）式から
第３図の回路は電流伝達比１２／１，が略２のカレント
ミラー回路であるが、（１２）式の分母、分子のｈｆｅ
の１次の項の係数が３，１．５と異なるので、１２／１
，の２に対する精度はあまり高くないことが解る。

従って、第３図の回路では、トランジスタＱ２′のェミ
ッタの数あるいは他のトランジスタＱ，，Ｑのェミッ夕
面積に対する比を２以外に変えたとしても、同様に電流
伝達比１２／１，の精度の高いものは得られないことが
解る。

特にｈｆｅの値が小さい場合とか、入力電流１，の周波
数がかなり高い場合（この場合ｈｆｅは小さくなる）に
は、電流伝達比１２／１，の精度は一層低くなる。そこ
で、本発明は電流伝達比Ｋが（Ｋ〉１）に於いて常に高
精度となる（入力電流が高周波であっても）カレントミ
ラー回路を提案せんとするものである。そこで第４図の
ようなカレントミラー回路を考える。

ここで、トランジスタに１個乃至複数個のコレク夕があ
る場合、そのベースに電流ｉｂを流したとき、任意のコ
レクタに電流Ｍｈ笹・ｉｂが流れたとすると、このＭを
コレクタ伝達比と定義する。さて、Ｑｘは１個のベース
、１個のェミツタ及び４個のコレクタＣｘ，，Ｃｘ２，
Ｃ海，Ｃ均を有するマルチコレクタ形のトランジスタで
ある。

Ｑｙは１個のベース、１個のェミツタ及び２個のコレク
タＣｙ，，Ｃｙ２を有するマルチコレクタ形のトランジ
スタである。トランジスタＱｘのェミッタが接地され、
ベースがトランジスタＱｙのェミツタに接続される。ト
ランジスタＱｘのコレクタＣｘ，がベースに接続され、
コレクタＣ＆がトランジスタＱｙのコレクタＣｙ，に接
続され、コレクタＣ梅がトランジスタＱｙのベースに接
続されると共に電流源回路１を通じて電源＋Ｂに接続さ
れ、コレクタＣ私が直接電源十Ｂに接続される。トラン
ジスタＱｙのコレクタＣｙ，が出力端子２に接続される
と共に、コレクタＣｙ２が電源＋Ｂに直接接続される。
次にこの第４図のカレントミラー回路について入，出力
電流１，，１２‘こついて検討する。先ず、トランジス
タＱｘ，Ｑｙのェミッタ接地電流増幅率をｈｆｅ、トラ
ンジスタＱｘのベース電流をｍｉｂとする。又、トラン
ジスタＱｘのコレクタＣｘ，，Ｃも，Ｃｘ３，Ｃｘ４の
コレクタ伝達率Ｍを夫々ｐ，ｑ，１，ｒとすると、その
コレクタＣｘ，，Ｃも，Ｃｘ３，Ｃ均には夫々ｐｈｆｅ
・ｌｂ，ｑｈｆｅ・ｉｂ，ｈｆｅ・ｉｂ，ｒｈｆｅ・ｉ
ｂの電流が流れるから、ｍと、ｐ，ｑ，１，ｒとの間に
は次式が成り立つ。ｍ＝ｐ＋ｑ＋１十ｒ
……（１３）又、トランジスタＱｙのコレクタＣｙ，
十Ｃｙ２のコレクタ伝達率Ｍを夫々ｓ，ｔとする。

但し、ｔは以下の説明とは直接の関係はない。かくする
と、トランジスタＱｙのベース電流ｉｂｙは次式の如く
表わされる。ｉｂｙ：害毒手； ‐‐‐…（１心
又、入力電流１，は次式の如く表わされる。

１，＝ｉｂｙ＋ｈｆｅ・ｊｂ ｈ２ｆｅ十（ｐ＋１）ｈｆｅ＋ｍ ……（１
５）ｈｆｅ＋Ｉ更に出力電流１２は次式の如く表わされ
る。

１２＝ｑｈに・ｉｂ十ｓｈｆｅ・ｉｂｙ 隼２十９）ｈ２ｆｅ＋Ｇｍ＋ｑ）ｈｆｅ ．
・．‐・・（１６）ｈｆｅ＋１（１５），（１６）式か
ら、いま次の如く表わされる。

１２＝（ｓｐ＋ｑ）ｈ２ｆｅ＋（ｓｍ＋ｑ）ｈｆｅ．，
，ｈ２ｆｅ＋（誌）ｈｆｅ＝（ｓｐ＋ｑ）・ｈ２ｆｅ＋
（ｐ十・）ｈｆｅ＋■・１．・・・（１７）ここで、本
発明では出力電流１２が入力電流１，の略Ｋ倍となるよ
うにするために、（１７）式において以下の２式を満足
させなくてはならない。

Ｓｐ＋ｑ＝Ｋ ……（１８）Ｓｍ
＋ｑ ……（１９）＄市＝ｐ
＋Ｉ又、本発明では構成を簡単にするため上述のコレク
タ伝達比ｐ，ｑ，ｒ，ｓのうち、ｒ，ｓを夫々ｒ＝０，
ｓ＝１とする。

そこで、ｒ＝０，ｓ＝１を（１８），（１９）式にそれ
ぞれ代入すると、ｐ＋ｑ＝Ｋ …
…（２０）毒害＝ｐ十１‐．主三＝ｐ＋１ …
…（２１）が得られる。

又、ｒ＝０，ｓ＝１と（２０）式を（１３）式に代入す
ると、ｍ＝ｐ＋ｑ＋１ ＝Ｋ＋１ ……（２２）となる。

（２１）式と（２２）式よりｍを消去すると、ｑ＝Ｋｐ
−１ ……（２３）が得られる。
本発明においては、更に構成を明確にするためｐ＝１と
する。これを（２３）式に代入すると、ｑ＝Ｋ−１
……（２４）が得られる。

第４図において上述の条件ｐ＝１，ｒ＝０，ｓ＝１，ｑ
＝Ｋ−１を満足する本発明のカレントミラー回路を第５
図に示す。

以下に第５図を参照して、本発明の−実施例を説明する
。

トランジスタＱ，，Ｑ２及びＱの各ヱミッ夕が基準電位
点（接地）に接続される。トランジスタＱ．のコレクタ
が入力電流１，の電流源回路１及びトランジスタＱ３の
ベースに接続される。トランジスタＱのコレク夕が出力
電流１２の得られる出力端子２に接続されると共にその
ェミッタがトランジスタＱ，及びＱ４の各ベース並びに
トランジスタＱ２のコレクタ及びベースに接続される。
トランジスタＱ４のコレクタが出力端子２に接続される
。電流源回路１の他端は電源十Ｂに接続される。そして
、トランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ３及びＱ４の各ェミッタ
面積比、即ちェミッタ電流比を１：１：１：Ｋ−１（Ｋ
＞１）に選定して、電流伝達比１２／１，が略Ｋとなる
ようにする。この場合出力電流１２は次式のように表さ
れる。，２＝Ｋｈ言責≧弐雀隼ｍ‐１・ ……（２９
第５図ではトランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ３及びＱ４の各
ェミッタ面積比を１：１：１：Ｋ−１（Ｋ＞１）に選定
したが、トランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ３及びＱ４の個数
を１：１：１：Ｋ−１（Ｋ＞１）に選定してもよい。

この例を第６図に示す。第６図においてトランジスタＱ
４は各コレクタ・ェミッタ間が並列接続されると共にそ
の各ベースがトランジスタＱ３のェミツタに接続された
Ｋ−１個のトランジスタＱ４，，Ｑ４２・・・・・・か
ら構成される。

第６図ではトランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ，Ｑ，，Ｑ２，
・・・の各ェミッタ面積は等しい。次に第７図、第８図
及び第９図を参照して、本発明の他の実施例を説明する
も、これら図に於いて第５図と対応する部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。第７図は第５図の回路
にトランジスタＱ５を追加し、そのェミッタを接地し、
コレクタを電源＋Ｂに接続し、ベースをトランジスタＱ
３のェミッタに酸綴した場合である。

第８図は第５図の回路にトランジスタＱ７，Ｑ８を追加
し、トランジスタＱ７のェミツ夕を接地し、コレクタを
電源十Ｂに接続し、ベースをトランジスタＱ３のェミッ
タに接続すると共に、トランジスタＱ８のエミツタをト
ランジスタＱ３のエミッタに接続し、コレクタを電源＋
Ｂに接続し、ベースをトランジスタＱ，のコレクタに接
続した場合である。

尚、上述の第７図〜第８図に於ける追加したトランジス
タのェミッタ面積比、即ちそのェミッタ電流比は１また
はその他の値である。

上述の各実施例に於ては、ＮＰＮトランジスタの場合に
ついて述べたが、ＰＮＰトランジスタでも良い。

上述せる本発明によれば、（２５）式から解るように、
電流伝達比１２／１，の分数の分母及び分子のｈｆｅの
１次、２次の項の係数が共に等しいので、１２／１，の
Ｋに対する精度はＫの如何に拘わらず（入力電流１，の
周波数が高くても）高くなる。

又、ｈ住の１次の項の係数を大にする程その精度は高く
なる。更にトランジスタＱ２が設けられているので、ト
ランジスタＱ，，Ｑ４のベース電流の逃げ道が確保され
、入力電流１，が高周波（例えば３０ＭＨＺ程度）であ
っても出力電流１２Ｇまこれに良く追従する。

【図面の簡単な説明】 第１図、第２図及び第３図は従来のカレントミラー回路
を示す回路図、第４図は本発明の説明に供する回路図、
第５図、第６図、第７図、第８図は本発明によるカレン
トミラー回路の実施例を示す回路図である。 １は入力電流１，の電流源回路、２は出力電流１２の出
力端子、十Ｂは電源、Ｑ，〜Ｑ８はトランジスタである
。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１、第２及び第４のトランジスタＱ＿１，Ｑ＿２
   及びＱ＿４の各エミツタが基準電位点に接続され、上記
   第１のトランジスタＱ＿１のコレクタが入力電流Ｉ＿１
   の電流源回路及び第３のトランジスタＱ＿３のコレクタ
   が出力電流Ｉ＿２の得られる出力端子に接続されると共
   にそのエミツタが上記第１及び第４のトランジスタＱ＿
   １及びＱ＿４の各ベース並びに上記第２のトランジスタ
   Ｑ＿２のコレクタ及びベースに接続され、上記第４のト
   ランジスタＱ＿４のコレクタが上記出力端子に接続され
   て成り、上記第１、第２、第３及び第４のトランジスタ
   Ｑ＿１，Ｑ＿２，Ｑ＿３及びＱ＿４の各エミツタ電流の
   比を１：１：１：Ｋ−１（但し、Ｋ＞１）に選定して電
   流伝達比Ｉ＿２／Ｉ＿１が略Ｋとなるようにしたことを
   特徴とするカレントミラー回路。