JP2613944B2 - 電流ミラー回路 - Google Patents

電流ミラー回路

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JP2613944B2
JP2613944B2 JP1254159A JP25415989A JP2613944B2 JP 2613944 B2 JP2613944 B2 JP 2613944B2 JP 1254159 A JP1254159 A JP 1254159A JP 25415989 A JP25415989 A JP 25415989A JP 2613944 B2 JP2613944 B2 JP 2613944B2
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龍之 天野
和夫 徳田
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日本電気アイシーマイコンシステム株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電流ミラー回路に係り、特にトランジスタの
対称性を利用した基本回路として用いられている複合電
流ミラー回路において特にトランジスタのhFEとアーリ
ー効果の影響に対しても高精度が得られかつ入出力の電
流比の設定範囲を広げたバイポーラ集積回路からなる回
路構成に関する。
〔従来の技術〕 第7図において、従来の電流ミラー回路は、PNPトラ
ンジスタQ1,Q2,Q3と、電流I1の流れる電流入力端子1
と、電流出力端子2と、共通端子3と、電流供給源4と
を含み、構成される。
ここで、トランジスタQ1,Q2のベース同士を共通接続
し、コレクタ・ベース間を短絡したトランジスタQ2のコ
レクタ側へ、トランジスタQ3のエミッタを接続し、トラ
ンジスタQ3のベースをトラジスタQ1のコレクタに接続し
て、電流入力端子1とし、トラジスタQ3のコレクタを電
流出力端子2とする構成である。トランジスタQ1,Q2
エミッタは短絡するか、各々抵抗を介して共通端子3へ
接続され、これは電流供給源4へ結合される。電流入力
端子1に印加する電流をI1とし電流出力端子2に流出す
る電流をI2とすると、それらの関係は以下のように表わ
される。但し、トランジスタQ1,Q2の特性は同一である
とし、エミッタ接地電流増幅率をβ、各々のコレクタ電
流をIC1,IC2とすると、次式が得られる。
これら両式から、次式が得られる。
これを解いて次式となる。
前記(1)式より、電流増幅率βが十分大きければ、
出力電流I2は入力電流I1にほぼ等しくなり、β=100で
は0.02%の誤差である。また、電流比を決定するトラン
ジスタQ1とトランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間電圧
VCEは電流出力端子2の電位に関係なく、ベース・エミ
ッタ順方向電圧VBEよる定電圧が与えられるので、トラ
ンジスタのアーリー効果による電流比の変動が抑えら
れ、高精度の電流ミラー回路が得られる。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、第7図の電流ミラー回路は、電流比1対1の
場合に限り前述の効果が得られ、電流比を自由に設定す
ることができないという欠点があり、使用範囲が限定さ
れてしまう。
第7図において、もしトランジスタQ1をトランジスタ
Q2のN倍のエミッタ面積比とし、トランジスタQ2のエミ
ッタ電流に対し、N倍のエミッタ電流が流れる構成とし
た場合には、前記の(1)式は次式となる。
ここで、Nの値が1以外ではベース電流の補償効果が
なくなり、(1−N2)/Nのβ倍された成分が電流比の誤
差として現れてくる。例えば、β=100でも、N=2で
は1.46%,N=3では2.6%もの誤差が生じてしまうこと
になる。
本発明の目的は、前記欠点が解決され、高精度で、電
流比を広範囲に設定できるようにした電流ミラー回路を
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の電流ミラー回路は、第1のトランジスタおよ
び第2のトランジスタのベース同士およびエミッタ同士
を互いに接続して、その共通エミッタを電流供給源に接
続し、前記第1、第2のトランジスタの電流比をN対1
(但しN>1)に設定し、前記第2のトランジスタのコ
レクタにエミッタを接続した第3のトランジスタを設
け、前記第1のトランジスタのコレクタを電流入力端子
に接続し、前記第3のトランジスタのコレクタを電流出
力端子とする入出力電流比N対1の電流ミラー回路にお
いて、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジス
タの共通ベースと前記第2のトランジスタのコレクタと
の間に接続された第1の電流変換手段であって前記共通
ベースに流れる電流を2/(N+1)倍して前記第2のト
ランジスタのコレクタに供給する第1の電流変換手段
と、前記第3のトランジスタのベースと前記第1のトラ
ンジスタのコレクタとの間に設けられた第2の電流変換
手段であって前記第3のトランジスタのベースに流れる
電流をN倍して前記第1のトランジスタのコレクタに供
給する第2の電流変換手段とを備えることを特徴とす
る。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の電流ミラー回路の基本回
路を示す回路図である。
第1図において、本実施例の基本回路は、入力電流I1
に対して1/N倍の出力電流I2を得ようとするもので、共
通端子3にトランジスタQ2とエミッタ面積N倍のトラン
ジスタQ1のエミッタが接続され、ベースは共通接続され
ている。共通ベースには、ベース電流の2/(N+1)倍
の成分を取り出す第1の電流変換手段10が接続され、ト
ランジスタQ2のコレクタへの電流経路となる。トランジ
スタQ2のコレクタにはトランジスタQ3エミッタが接続さ
れ、トランジスタQ3のコレクタは、電流出力端子2とし
て出力電流I2が出力される。トランジスタQ3のベース
は、ベース電流IB3をN倍する第2の電流変換手段20を
介して、トランジスタQ1のコレクタに接続され、その接
続点を電流入力端子1として、入力電流I1を与える構成
となっている。
同様に、トランジスタのエミッタ接地電流増幅率を
β、トランジスタQ1,Q2の各々のコレクタ電流をIC1,
IC2、トランジスタQ3のベース電流をIB3として、入力電
流I1と出力電流I2の関係を求めると、以下のように表わ
される。
これら(3)式を解いて、次式が得られる。
前記(4)式を前記(3)式へ代入して、次式が得ら
れる。
以上のように、トランジスタQ1,Q2の電流比Nと、2
つの電流変換手段10,20の係数Nが等しい場合には、前
記(5)式が成立し、Nの値にかかわらず、第7図の回
路と同じ補償効果をもった高精度電流ミラー回路を得る
ことができる。誤差成分は(1)式と同一の2/(β
2β+2)で与えられている。
ここで前述の第1図の電流変換手段10,20の具体例に
つき、第2図と第3図により説明する。
第2図は第1の電流変換手段10を最も基本的な電流ミ
ラー回路により構成したもので、エミッタとベースを共
通接続したトランジスタQ11,Q12のうち、トランジスタQ
11のコレクタと共通ベースの接続点を入力端子11、トラ
ンジスタQ12のコレクタを出力端子12としている。トラ
ンジスタQ11のエミッタ面積をQ12の2/(N−1)倍に設
定することで、共通端子13と入力端子11との電流比は、
(N+1)対2の関係になる。電流増幅率βを考慮して
電流比を算出すると、 になり、厳密には の誤差が生じる。
第3図は第2の電流変換手段20を同様に電流ミラー回
路により構成したもので、第2図とは逆導電性のトラン
ジスタを用いている。トランジスタQ21のエミッタ面積
をQ22の1/(N−1)倍に設定することで、入力端子21
と共通端子23との電流比は、1対Nの関係になる。同じ
くβを考慮して電流比を算出すると、1対N になり、厳密には の誤差が生じる。
以上のように、第1図の回路を具体化する際には、ト
ランジスタQ1,Q2の電流比Nと、2つの電流変換手段10,
20の係数とNは、厳密に一致させることは難しい。
そこで、第4図に示すように、第1の電流変換手段10
の係数をn1、第2の電流変換手段20の係数をn2として、
入力電流I1と出力電流I2の関係を求めると、次式が得ら
れる。
係数n1,n2は、前述のように第2図と第3図のような
簡単な回路を用いた場合でも数パーセントの値(例えば
N=2で、β=100のとき、約1%)に収まるので、前
記(6)式は前記(5)式とほとんど同等となると考え
てよい。従って、設定すべき係数Nに対して、第2図に
おいて通常発生する誤差を含む程度の係数n1,n2を実現
することで、第1図で説明した本実施例の効果を得るこ
とができる。
第5図は第1図の実施例のより具体的な一例を示した
回路図である。第5図において、本例は、第1図のうち
2つの電流変換手段10,20を第2図と第3図とで実現し
た複合電流ミラー回路である。PNPトランジスタQ1,Q2
共通ベースには、第2図で示した電流ミラー回路の共通
端子13が接続され、トランジスタQ1,Q2のベース電流は
入力端子11側に2/(N+1)倍の成分となって、トラン
ジスタQ3のエミッタへ分配される。残りの(N−1)/
(N+1)倍の成分は、出力端子12から流出させるよう
に、定電位源即ち接地端に接続している。また、トラジ
スタQ3のベースには、第3図で示した電流ミラー回路の
入力端子21が接続され、トランジスタQ3のベース電流は
共通端子23側からN倍されて、電流入力端子1へ流出す
る。N倍するために必要な(N−1)倍成分は、出力端
子22を介して電流供給源となる供給端子3から得てい
る。
第6図は本発明の他の実施例の電流ミラー回路を示す
回路図である。第2図において、本実施例は、N=2の
場合を示したものである。第1の電流変換手段10には、
第2図の電流ミラー回路をマルチコレクタPNPトランジ
スタQ13で構成したものを用いている。また、トランジ
スタQ1のコレクタと電流出力端子の間にはコレクタ・ベ
ースを短絡したトランジスタQ4とトランジスタQ5を直列
に挿入して、トランジスタQ1とトランジスタQ2とのコレ
クタ・エミッタ間電圧を一致させ、素子特性の対称性を
改善している。
以上本実施例は、前記従来回路のベース電流補償効果
を、電流比1対1ではなく、入力電流に対して出力電流
を1/N倍(但し、Nは1より大きい任意の実数)に設定
できる高精度電流ミラー回路であり、第7図のトランジ
スタQ2のベース・コレクタ間に2/(N+1)倍の電流変
換手段を挿入し、更にトランジスタQ3のベース電流をN
倍の電流変換手段を介して、電流入力手段に与える構成
となっている。
以上説明したように、本発明は、電流ミラー回路を構
成するトランジスタのベース電流経路に、電流変換手段
を挿入することにより、ベース電流による電流比の誤差
を補償し、高精度の電流ミラー回路を得ることができ、
また従来の高精度電流ミラー回路の電流比は1対1に限
られていたが、本発明は、入力に対して出力電流を減少
させる方向に任意の比率で設定することができるという
効果がある。尚、前記実施例では、PNPトランジスタが
主体となる回路を示したが、これをNPNトランジスタに
置き換えても、同様の効果が得られることは明白であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の電流ミラー回路の基本回路
を示す回路図、第2図と第3図は各々電流変換手段の具
体例を示す回路図、第4図は第1図の電流変換係数の影
響を説明するための基本回路図、第5図は第1図の実施
例のより具体的な一例の回路図、第6図は本発明の他の
実施例の電流ミラー回路を示す回路図、第7図は従来か
ら用いられている高精度電流ミラー回路の基本回路図で
ある。 Q1,Q2,Q3,Q4,Q11,Q12,Q13……PNPトランジスタ、Q5,
Q21,Q22……NPNトランジスタ、10……第1の電流変換手
段、20……第2の電流変換手段、1……電流入力端子、
2……電流出力端子、3……共通端子、4……電流供給
源。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のトランジスタおよび第2のトランジ
    スタのベース同士およびエミッタ同士を互いに接続し
    て、その共通エミッタを電流供給源に接続し、前記第
    1、第2のトランジスタの電流比をN対1(但しN>
    1)に設定し、前記第2のトランジスタのコレクタにエ
    ミッタを接続した第3のトランジスタを設け、前記第1
    のトランジスタのコレクタを電流入力端子に接続し、前
    記第3のトランジスタのコレクタを電流出力端子とする
    入出力電流比N対1の電流ミラー回路において、前記第
    1のトランジスタと前記第2のトランジスタの共通ベー
    スと前記第2のトランジスタのコレクタとの間に接続さ
    れた第1の電流変換手段であって前記共通ベースに流れ
    る電流を2/(N+1)倍して前記第2のトランジスタの
    コレクタに供給する第1の電流変換手段と、前記第3の
    トランジスタのベースと前記第1のトランジスタのコレ
    クタとの間に設けられた第2の電流変換手段であって前
    記第3のトランジスタのベースに流れる電流をN倍して
    前記第1のトランジスタのコレクタに供給する第2の電
    流変換手段とを備えることを特徴とする電流ミラー回
    路。
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