JPS604611B2 - バイアス電流供給回路 - Google Patents

バイアス電流供給回路

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JPS604611B2
JPS604611B2 JP50136652A JP13665275A JPS604611B2 JP S604611 B2 JPS604611 B2 JP S604611B2 JP 50136652 A JP50136652 A JP 50136652A JP 13665275 A JP13665275 A JP 13665275A JP S604611 B2 JPS604611 B2 JP S604611B2
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JP
Japan
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transistor
current
emitter
temperature coefficient
resistor
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JP50136652A
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JPS5260047A (en
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秀行 黒沢
幸男 高橋
▲みつ▼利 伊藤
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NEC Corp
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/302Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor amplifiers

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  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トランジスタ増幅回路におけるバイアス電流
供給回路に関するものである。
従来、トランジスタ増幅回路、特に集積化演算増幅回路
において、この種のバイアス電流供孫台回路は回路電流
の節減や高インピーダンス素子の代用のために使用され
ており、電源電圧変動や温度変動等に対し、常に一定の
バイアス電流を供給するために、いろいろと工夫がなさ
れ、多数の回路が考案されている。
第1図a〜cはこれらの主な回路例を示すものであり、
同図aは同一製造プロセスで、同一チップ上に製造した
同一寸法のトランジスタ11と12は全く同じくベース
・ェミツタ電圧V88対コレクタ電流lc特性を示すと
いう特質を利用したもので、VB8に比べて十分高い電
源電圧Vocから抵抗13を通じて、ダイオード接続さ
れたトランジスタ11に電流を流してやれば、トランジ
スタ11とトランジスタ12のVB8は全く等しいもの
となるので、トランジスタの電流増幅率8が大きく、ベ
ース電流が無視できれば、前記の特質によりトランジス
タ11とトランジスタ12のコレクタ電流は如何なる場
合も等しいものとなる。従ってトランジスタ12のコレ
ク夕霞流loは電源電圧と低抗13の値で決定される。
この定電流回路は集積回路における最も基本的なバイア
ス回路である。しかしながら電源電圧変動に対して比例
的に電流が変化することと、周囲温度変動に対して拡散
抵抗の正の温度係数(約1.2%/00)により、出力
電流は負の温度係数をもつことが欠点である。第1図b
は同図aの電源電圧変動による出力電流の変動を押える
ためにトランジスタ22のェミッタと接地間に直列に抵
抗24を接続したものであり、23は抵抗、21はダイ
オード接続されたトランジスタである。
同図においてトランジスタ21のコレクタ電流をトラン
ジスタ22のコレクタ電流より十分大きく選んでやれば
、トランジスタ21のVBEとトランジスタ22のVB
耳に差を生じ、その差△VBEを抵抗24で割ったがト
ランジスタ22のコレクタに流れる。この回路において
は電源電圧の変動により生じる出力電流loの変動はト
ランジスタ21のコレク夕霞流の対数項に比例するよう
になるので、その変動幅は可成り抑圧される。また周囲
温度変動に対しては前記△VB8が正の温度係数をもち
、抵抗24も拡散抵抗の場合、正の温度係数をもつので
出力電流loの温度係数はほぼ正の小さな値に近づく。
しかし、この回路の特徴を発揮させるためには、出力電
流に比べて十分大きな電流(5〜1ぴ音)を流してやる
必要があり、低電力回路には不向きである。第1図cの
回路は定電流特性を向上させるために、トランジスタ3
1とトランジスタ32とからなる強度の負帰還ループを
利用したもので、出力電流1。
はトランジスタ31のVB8と抵抗34でさまり、電源
電圧変動には影響をうけない。また抵抗33を介してト
ランジスタ31を流れる電流は微少で且つ相当ばらつき
があってもよい。しかしながら周囲温度変動に対しては
、VBEが負の温度係数(一2のV/。0)をもち、拡
散抵抗は前記した如く正の温度係数をもつので、出力電
流いま非常に大きな負の温度係数をもっている。
これらの例でも明らかな如く従来のバイアス電流供給回
路は、電源電圧変動や周囲温度変動に対して何がしかの
好ましからざる影響をうけ、かつその悪影響の一部を回
路的に工夫して補償しようとしても、その効果を発揮さ
せるためにはかなりの余分な電流を必要とするなどの欠
点があった。
またバイアス供V給電流の温度係数に着目すれば、バイ
アス回路が決まると、その回路特性とそれに用いている
デバイス素子の温度係数により自動的に供給される出力
電流の温度係数は決まってしまうことになる。バイアス
電流を供給される増幅回路の特性値を温度変化に対応し
て補償するためには、その特性値の温度補償に最適な温
度係数をもったバイアス電流を供給しなければならない
例えばェミッタ接地のトランジスタ増幅回路において、
その4・信号利得Avは相互コンダクタンスをgm、バ
イアス電流をL、負荷抵抗をRLとすれば次式で表わさ
れる。AV;gm・RL=辞RL,..,..,..‘
,,但しqは電子の電荷、kはボルツマン定数、Tは絶
対温度による周囲温度である。
‘1}式において、小信号利得Avを一定にするように
温度補償するためには、q,kが温度に依存しないから
、結局lo×(RL/T)の温度係数を零にしなければ
ならない。また、回路特性上相互コンダクタンスgmが
一定になるように温度補償する必要がある場合には、バ
イアス電流loと温度Tが比例する必要のあることがわ
かる。即ちバイアス供給回路は回路特性に応じた最適の
温度係数をもった電流を供給できねばならない。本発明
はかかる要求から任意の温度係数をもち、且つ電源変動
に対してこの補償効果も十分持ち、しかも、消費電流を
出力バイアス電流よりも小さく設定できる特徴をもつバ
イアス電流供給回路を提供することを目的とするもので
ある。
以下実施例について詳細に説明する。第2図は本発明の
実施例のバイアス電流供給回路を示すもので第1のトラ
ンジスタ4、第2のトランジスタ7、第3のトランジス
タ2、第4のトランジスタ6及び電流制限素子1と第1
及び第2の抵抗5,3から構成されている。
以下この回路の動作原理について説明する。なお説明を
簡単にする為に、トランジスタ4,6のェミツタ面積は
等しいものとする。電流制限素子1は第3のPNPトラ
ンジスタ2の電流1,を決めるためのもので、消費電流
を可能な限り低減するためには高抵抗、ジャンクション
型FET等を採用する。
第3のトランジスタ2を流れる電流1,によりこのトラ
ンジスタ2のベース・ヱミッ夕間に電圧VB82が発生
し、第2の抵抗3(R3)には次式で表わされる電流1
2が流れる。12=VB82/R3 ・
・・・・…・{21電源電圧変動等による電流1,の変
動はVB82の微小変化に抑圧され、殆んど電源電圧の
影響をうけない。
そして抵抗3を流れる電流12の変化はVBE2とR3
との温度変化により決まる。温度に対してVBE2 は
負、R3は正の温度係数をもつので、電流12は負の温
度係数をもつことがわかる。電流12により第1のNP
Nトランジスタ4のべ−ス・ェミッタ間に電圧VB84
が発生するが、第1の抵抗5(R5)による電位降下を
考慮すると、第4のNPPNトランジスタ6のベース・
工ミツタ間には次式で表わされる電圧VB66が印加さ
れる。V886 =VB84 −R5・12 …
……【3’このトランジスタ6のコレクタ電流loは次
の様になる。1。
=IS6・exp(q・VB86/k・T).・・….
・・‘4)但し、ls6 はトランジスタ6の逆方向飽
和電流とする。
‘2)式ないし‘4’式及び、12とV884 に関す
る‘41式と同様の関係式から、トランジスタ6のコレ
クタ電流loをVB82で表現すると、次式のごとくな
る。lnl。
=ln(IS6/IS4)十lnVB82一lnR3−
(q・V882/k.T)・(R5/R3).....
.‘5)但し、ls4はトランジスタ4の逆方向飽和電
流である。【5)式をTに関して微分するとloの温度
係数が求まり■式となる。lrdlo ,。
虹−v;8砦寧−鯖葦長講(芸2事)・‐‐・‐・(6
’■式の第1項と第2項はVBEと抵抗の温度係数に起
因し、12の温度係数を示し、一般に負となり、又第3
項はR5による効果を示し、常に正になり、前者を打ち
消す働きをすることがわかる。従ってR5/R3を適当
に選ぶことによりバイアス供給電流loに対して任意の
温度係数をもたせることができる。以上説明したことを
例証的に図示したものを第3図に示す。
図ではR5/R3をパラメータとして出力電流loと周
囲温度Taの関係が示されている。図より明らかな如く
、使用温度範囲において正、零、負の任意の温度係数を
取ることが可能である。また或る温度係数を選べば出力
電流Lも決まってしまう。一般に必要とされるバイアス
出力電流と或る温度係数をもつために補償された出力電
流loとは異なる。かかる場合には第1のトランジスタ
4と第4のトランジスタ6のェミッタ面積を相違させる
ことにより電流レベルを調節できる。即ち、両トランジ
スタ4,6のェミッタ面積が等しければ必ず12>lo
である。そこで、トランジスタ6のェミッタ面積をn倍
にすればloもn倍となり、且つ温度補償効果はそのま
ま維持される。第2図の第4のトランジスタ6のマルチ
ェミツタはこのことを例示している。かかるェミツタ面
積比による電流n倍回路を用いることにより、温度補償
に要する電流1,,12を可能な限り低減でき、低消費
電流で温度補償を行ない、且つ大きなバイアス供給電流
を得ることができる。即ち抵抗3,5の値の選定により
所望のバイアス供給電流loの温度係数を与えることが
でき、更に第1のトランジスタ4と第4のトランジスタ
6とのェミッタ面積比により所望の大きさのバイアス供
給電流1。
を得ることができるもので、低消費電流で任意の温度係
数を有する大きなバイアス供給電流が得られるから集積
回路化が容易である。以上説明した如く本発明のバイア
ス電流供給回路は、低消費電流で動作し、第1のトラン
ジスタ4と第4のトランジスタ6のェミッタ面積比又は
第1及び第2の抵抗の選定により例えば第3図に示す所
望の温度係数のバイアス電流を供給することができると
共に、設定されたバイアス電流は電源電圧変動の影響を
受けない利点がある。従って、その応用面での効果は大
きい。また上記の説明でNPNトランジスタとPNPト
ランジスタの極性を反転しても全く同機の回路を得るこ
とができることは明白である。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜cは従来のバイアス電流供給回路、第2図は
本発明の実施例のバイアス電流供給回路、第3図は本発
明による出力電流と周囲温度の関係を示す曲線図である
。 1は電流制限素子、2,4,6,7はトランジスタ、3
,5は抵抗である。 矛1図 オ2図 オ3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1のNPN又はPNPトランジスタのコレクタと
    第1の抵抗の一端とを接続し、該第1の抵抗の他端と第
    2のPNP又はNPNトランジスタのコレクタと前記第
    1のトランジスタのベースとを接続し、前記第2のトラ
    ンジスタのエミツタと第2の抵抗の十端とを接続し、該
    第2の抵抗の他端と前記第1のトランジスタのエミツタ
    とを電源端子にそれぞれ接続し、第3のPNP又はNP
    Nトランジスタのコレクタと電流制限素子の一端とを接
    続し、該電流制限素子の他端を前記第1のトランジスタ
    のエミツタに接続し、前記第3のトランジスタのエミツ
    タを前記第2の抵抗の他端に、ベースを前記第2のトラ
    ンジスタのエミツタに、且つコレクタを前記第2のトラ
    ンジスタのベースにそれぞれ接続し、バイアス電流を出
    力する第4のNPN又はPNPトランジスタのベースを
    前記第1のトランジスタのコレクタに接続し、前記第4
    のトランジスタのエミツタを前記第1のトランジスタの
    エミツタに接続し、前記第1及び第2の抵抗の選定によ
    り前記バイアス電流の温度係数を設定したことを特徴と
    するバイアス電流供給回路。
JP50136652A 1975-11-12 1975-11-12 バイアス電流供給回路 Expired JPS604611B2 (ja)

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