JP3526484B2 - 高入力インピーダンス回路 - Google Patents

高入力インピーダンス回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば3端子レギュ
レータやアンプ等に適用される高入力インピーダンス回
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、低電圧用の3端子レギュレータと
しては、2.5V出力仕様のものが一般的であり、図3
は2.5V出力仕様の3端子レギュレータREGaの回
路の構成例を示している。この3端子レギュレータRE
Gaは、図3に示すように、トランジスタ2段構成であ
り、入力端子 VREF における入力インピーダンスの高い
回路を構成できる。
【0003】3端子レギュレータREGaは、npn型
トランジスタQ1〜Q5、カレントミラー回路を構成す
るpnp型トランジスタQ6,Q7、抵抗素子R1、並
びに1.25Vバンドギャップ回路BGにより構成され
ており、トランジスタQ1のベースが入力電圧VREF
入力端子TVREFに接続され、トランジスタQ1,Q4,
Q5のコレクタおよびトランジスタQ6,Q7のエミッ
タがカソード端子TCT D に接続され、トランジスタQ
3,Q5のエミッタおよびバンドギャップ回路BGの一
端がアノード端子TAND に接続されている。
【0004】この3端子レギュレータREGaは、np
n型トランジスタQ1が入力トランジスタとして機能
し、トランジスタQ1のエミッタをトランジスタQ2の
ベースに接続して、トランジスタ2段で電流源を構成す
ることにより、2.5V出力に対応した入力端子 VREF
における入力インピーダンスの高い回路を容易に実現し
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、3端子レギ
ュレータは近年、3V等の低電圧化が進み、1.25V
出力仕様の要求が高まっており、また、出力電圧もより
高い精度が要求されている。しかしながら、トランジス
タのベース・エミッタ間電圧VBEをたとえば0.7Vで
あるとした場合、上述した従来の回路では、トランジス
タ2段構成であることから、1.25Vという低電圧出
力仕様の要求を満足することができない。
【0006】そこで、1.25V出力仕様の要求を満足
できる回路としては、たとえば図4に示すようなトラン
ジスタ1段の構成の回路が考えられる。この回路では、
図4に示すように、入力用npn型トランジスタQ1の
コレクタにカレントミラー回路を構成するpnp型トラ
ンジスタQ6のコレクタおよびベースが接続され、トラ
ンジスタQ1のエミッタとアノード端子TAND との間に
抵抗素子R2,R3が直列に接続され、抵抗素子R2の
両端の電圧を1.25Vバンドギャップ回路1に入力さ
せ、トランジスタQ7のコレクタ側に電流I01を誘起さ
せている。
【0007】図4の回路において、たとえば入力電圧V
REF が0Vから徐々に上昇すると、npn型トランジス
タQ1のベース電圧が上昇し、抵抗素子R2,R3に電
流I1が流れ始める。入力トランジスタQ1のエミッタ
電流は、トランジスタQ1のコレクタより供給されるた
め、pnp型トランジスタQ6,Q7のベース電位が引
き下げられる。その結果、トランジスタQ6,Q7がオ
ン状態に遷移し、トランジスタQ7のコレクタ側に電流
01が流れはじめる。
【0008】しかし、図4の回路では、ベースに入力端
子TVREFが接続された入力トランジスタQ1は、出力電
圧、すなわちカソード電圧が1.25Vに近い電圧を発
生する場合や1.25Vの場合飽和してしまい、以下に
示すような問題がある。
【0009】たとえばカソード端子TCTD の電圧と入力
端子TVREFに入力される入力電圧V REF とが等しい場
合、トランジスタのベース・エミッタ間電圧VBEを0.
7Vとすると、ノードN1の電圧は{1.25V−VBE
=0.55V}となり、ノードN2の電圧も{1.25
V−VBE=0.55V}となり等しくなる。そのため、
入力トランジスタQ1は完全に飽和してしまい、その電
流増幅率h feは低くなり、入力電流Iiが大きくなり、
トランジスタQ6とカレントミラー回路を構成するトラ
ンジスタQ7のコレクタ電流I01は小さくなる。
【0010】出力電圧が、1.25Vに近い場合、設定
出力電圧をVO とすると、入力端子TVREFに流れ込む電
流Iiは、上述したように入力トランジスタQ1が飽和
状態にあるため大きくなる。通常では、図5に示すよう
な回路の場合、出力電圧VO は次式で与えられる。 VO =1.25V×(1+(RVa/RVb)) …(1) なお、ここでRVa,RVbは抵抗素子Ra,Rbの抵
抗値を表している。ところが、入力端子TVREFに流れ込
む電流Iiの影響により、実際の出力電圧は、次式のよ
うに、(Ii×RVa)の誤差が発生する。 VO =1.25V×(1+(RVa/RVb))+(Ii×RVa) …(2) このため、図4の回路では、正確な出力電圧を得ること
ができない。
【0011】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的、低電圧動作を実現できることは
もとより、入力トランジスタが飽和状態となることを防
することができる高入力インピーダンス回路を提供す
ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高入力インピーダンス回路は、ベースに入
力信号が供給され、エミッタから入力信号レベルに応じ
た電流を出力する入力トランジスタと、エミッタが第1
の電源に接続され、コレクタが上記入力トランジスタの
コレクタに接続された第1のトランジスタと、エミッタ
が第1の電源に接続され、ベースが上記第1のトランジ
スタのベースに接続された第2のトランジスタと、エミ
ッタが第1の抵抗素子を介して第2の電源に接続され、
コレクタが上記第1および第2のトランジスタのベース
同士の接続点に接続された第3のトランジスタと、エミ
ッタが第2の電源に接続され、ベースが上記第3のトラ
ンジスタのベースに接続され、コレクタがそのベースお
よび上記第2のトランジスタのコレクタに接続された第
4のトランジスタと、上記入力トランジスタのコレクタ
と上記第3のトランジスタのコレクタとの間に接続さ
れ、両コレクタ間を電気的に接続するとともに、当該第
3のトランジスタのコレクタに流れる電流に応じた電位
差を発生させる第1の回路とを有する。
【0013】また、本発明の高入力インピーダンス回路
では、上記第1の回路は上記両コレクタ間に接続された
第2の抵抗素子からなり、かつ、上記第1のトランジス
タと第2のトランジスタとのエミッタ比がM:1に設定
され、上記第3のトランジスタと第4のトランジスタと
のエミッタ比がN:1に設定されている。
【0014】また、本発明の高入力インピーダンス回路
では、上記入力トランジスタのベース電位と上記第2の
電源電位が略等しい場合に、上記第3および第4のベー
ス電圧を引き下げる第2の回路を有する。また、上記第
2の回路は、上記第3および第4のトランジスタのベー
ス同士の接続点と上記入力トランジスタのベースとの間
に、当該ベース同士の接続点から入力トランジスタのベ
ースに向かって順方向となるように接続されたショット
キーダイオードから構成されている。
【0015】
【作用】本発明の高入力インピーダンス回路によれば、
たとえば入力信号レベルと第1の電源レベルがほとんど
等しく、もしくは等しい場合、入力トランジスタのベー
スに供給される入力信号レベルが0Vから徐々に上昇す
ると、入力トランジスタのベース電圧が上昇し、そのエ
ミッタ側に電流が流れはじめる。入力トランジスタのエ
ミッタ電流は、入力トランジスタのコレクタより供給さ
れるため、入力トランジスタのコレクタは、たとえば第
1の回路を通して第1および第2のトランジスタのベー
ス電位を引き下げる。第2のトランジスタのコレクタ
は、第4のトランジスタのベース、コレクタ、および第
3のトランジスタのベースに接続されており、所定電流
を供給する。これにより、第3および第4のトランジス
タがオン状態となり、第2のトランジスタのコレクタに
所定の電流が流れる。第3のトランジスタのコレクタは
第1および第2のトランジスタのベースに接続されてい
るため、第2のトランジスタ、第4のトランジスタ、お
よび第3のトランジスタによってラッチ状態となり、回
路に定常的に電流が流れ続ける。
【0016】ここで、第1および第2のトランジスタの
電流増幅率hfeが十分大きく、ベース電流が無視できる
と仮定すると、第3のトランジスタのコレクタ電流は、
第1のトランジスタのコレクタより第1の回路を通して
供給される。したがって、入力トランジスタのコレクタ
と第3のトランジスタのコレクタとの間には第1の回路
により所定の電位差が生じる。第1のトランジスタのコ
レクタは入力トランジスタのコレクタに接続されている
ことから、第1の回路による電圧上昇分により入力トラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ間電圧VCEが大きくな
り、飽和状態から抜けて通常の動作をするようになる。
したがって、入力トランジスタの電流増幅率hfeが通常
通り大きくなり、ベース端子を高インピーダンスとな
り、ベース電流が小さくなる。
【0017】
【実施例】図1は、本発明に入力信号処理回路の一実施
例を示す回路図であって、1.25V出力レギュレータ
回路REGcの構成例を示す図である。図1において
は、従来例を示す図4と同一構成部分は同一符号をもっ
て表している。
【0018】すなわち、TVREFは入力端子、TAND はア
ノード端子、TCTD はカソード端子、BGは1.25V
バンドギャップ回路、QN1〜QN4はnpn型トラン
ジスタ、QP1はpnp型トランジスタ群、QP1a,
QP1b,QP2,QP3はpnp型トランジスタ、R
2,R3,R4,R5は抵抗素子、DS1はショットキ
ーダイオードをそれぞれ示している。
【0019】入力トランジスタとしてのnpn型トラン
ジスタQN1のベースが入力端子 VREF およびショット
キーダイオードDS1のカソードに接続され、コレクタ
は並列的に設けられたトランジスタ群QP1のpnp型
トランジスタQP1a,QP1bのコレクタおよび抵抗
素子R4の一端に接続されている。そして、トランジス
タQN1のエミッタとアノード端子TAND との間に抵抗
素子R2,R3が直列に接続され、抵抗素子R2の両端
がバンドギャップ回路BGの2入力端子にそれぞれ接続
されている。pnp型トランジスタQP1a,QP1
b,QP2,QP3のエミッタおよびnpn型トランジ
スタQN4のコレクタはカソード端子TCTD に接続さ
れ、トランジスタQP1a,QP1b,QP2,QP3
のベースは互いに接続されているとともに、抵抗素子R
4の他端およびnpn型トランジスタQN2のコレクタ
に接続されている。npn型トランジスタQN2のエミ
ッタは抵抗素子R5の一端に接続され、ベースはnpn
型トランジスタQN3のベースおよびショットキーダイ
オードDS1のアノードに接続され、npn型トランジ
スタQN3のコレクタはそのベースおよびpnp型トラ
ンジスタQP2のコレクタに接続されている。npn型
トランジスタQN2とQN3により疑似カレントミラー
回路が構成され、トランジスタQN3,QN4のエミッ
タ、抵抗素子R5の他端、およびバンドギャップ回路B
Gの一端子がアノード端子TAND に接続されている。
【0020】また、カレントミラー回路を構成するnp
n型トランジスタQN2とQN3とのエミッタ比は、
N:1に設定され、pnp型トランジスタ群QP1とp
np型トランジスタQP2のエミッタ比は、M:1、た
とえば2:1に設定されている。
【0021】次に、上記構成による動作を説明する。図
1において、入力端子TVREFの電圧とカソード端子T
CTD の電圧がほとんど等しく、もしくは等しく出力電圧
であるカソード電圧が設定されている場合、入力端子T
VREFへの入力電圧VREF が0Vから徐々に上昇すると、
npn型トランジスタQN1のベース電圧が上昇し、抵
抗素子R2,R3に電流I1が流れはじめる。トランジ
スタQN1のエミッタ電流は、トランジスタQN1のコ
レクタより供給されるため、トランジスタQN1のコレ
クタは抵抗素子R4を通してpnp型トランジスタ群Q
P1およびpnp型トランジスタQP2,QP3のベー
ス電位を引き下げる。
【0022】トランジスタQP2のコレクタは、npn
型トランジスタQN3のベース、コレクタ、およびトラ
ンジスタQN2のベースに接続されており、電流I2を
供給する。これにより、トランジスタQN2,QN3が
オン状態となり、トランジスタQN2のコレクタに電流
I3が流れる。ここで、トランジスタQN2とトランジ
スタQN3のエミッタ比はN:1であり、トランジスタ
QN2のエミッタは抵抗素子R5を通じてアノード端子
AND、すなわち接地GNDに接続されている。
【0023】トランジスタQN2のコレクタはトランジ
スタQP1,QP2,QP3のベースに接続されている
ため、トランジスタQP2,QN3,QN2によって
ッチ状態となり、回路に定常的に電流が流れ続ける。こ
のとき、トランジスタQP3のコレクタからバンドギャ
ップ回路BGへと電流が流れる。ここで、トランジスタ
QP1,QP2,QP3の電流増幅率hfeが十分大き
く、ベース電流が無視できると仮定すると、トランジス
タQN2のコレクタ電流I3は、pnp型トランジスタ
群QP1のトランジスタQP1a,QP1bのコレクタ
より抵抗素子R4を通して供給される。したがって、抵
抗素子R4の両端の電圧をV4とすると、V4=I3×
RV4(RV4は抵抗素子R4の抵抗値)の電位差が生
じる。
【0024】トランジスタQP1のコレクタはトランジ
スタQN1のコレクタに接続され、電圧V4の上昇分に
よりトランジスタQN1のコレクタ・エミッタ間電圧V
CEが大きくなり、飽和状態から抜けて通常の動作をする
ようになる。したがって、入力トランジスタQN1の電
流増幅率hfeが通常通り大きくなり、ベース端子が高入
力インピーダンス状態となり、ベース電流Iiが小さく
なる。
【0025】上述したように、トランジスタQP1,Q
P2のエミッタ比は2:1とし、トランジスタQP2に
流れる電流をI2とし、カレントミラー回路を構成する
トランジスタQN2,QN3のエミッタ比をN:1と
し、電流増幅率hfeがそれぞれ十分に大きいとすると、
トランジスタQN3のベース・エミッタ間電圧VBEQN3
はトランジスタQN3のIS をISQN3とすると、次式で
表すことができる。 VBEQN3 =VT (ln)(I2/ISQN3) …(3)
【0026】そして、トランジスタQN2のコレクタ電
流I3は、次式で示すように、トランジスタQP1のコ
レクタ電流IQP1 とトランジスタQN1のコレクタ電流
QN 1 の差となる。 I3=IQP1 −IQN1 =2×I2−I1 …(4)
【0027】このとき、トランジスタQN2のベース・
エミッタ間電圧VBEは、トランジスタQN2のIS をI
SQN2とすると、次式で表すことができる。 VBEQN2 =VT (ln)(I3/ISQN2) …(5)
【0028】また、抵抗素子R5にかかる電圧をV5と
すると、トランジスタQN2に流れる電流I3は次式で
与えられる。 I3=(VBEQN3 −VBEQN2 )/RV5 …(6) ここで、RV5は抵抗素子R5の抵抗値を表している。
【0029】この(6)式は、上述した(3)式および
(5)式より次式のよう書き替えることができる。 I3={VT (ln)(I2/ISQN3)−VT (ln)(I3/ISQN2)}/RV5 …(7)
【0030】そして、上記(4)式およびトランジスタ
QN2,QN3のエミッタ比がN:1のため、トランジ
スタQN2のIS はトランジスタQN3のIS のN倍と
なり、トランジスタQN2に流れる電流I3は次式のよ
うになる。 I3={VT (ln)(I2/ISQN3)−VT (ln)((2 ×I2-I1)/ISQN2)}/RV5 =(VT /RV5){(ln)I2−(ln)(2×I2-I1)+(ln)N} …(8)
【0031】ここで、便宜上、I1=I2とすると、上
記(8)は次のようになる。 I3=(VT /RV5)(ln)N …(9) したがって、電圧V4は次のようになる。 V4=RV4×I3=(RV4/RV5)VT (ln)N …(10)
【0032】電圧V4が約0.2V以上となるように抵
抗素子R4,R5の抵抗値RV4,RV5およびトラン
ジスタQN2,QN3のエミッタ比Nを設定することに
より、入力トランジスタQN1のコレクタ・エミッタ間
電圧VCEを大きくしてトランジスタQN1の飽和状態を
防ぐことができる。これにより、入力トランジスタQN
1は正常に動作する。
【0033】図2は、入力トランジスタQN1の飽和防
止対策をした図1の回路と対策をしていない従来回路と
して図5の実験回路においてRbを20kΩとし、Ra
を変化させた場合との出力電圧特性を示す図である。図
2に示すように、曲線Cで示す従来回路は、カソード電
圧が略1.32V以下の低電圧領域でひずみが生じてい
るのに対して、曲線Pで示す図1の回路では、低電圧領
域であってもひずむことなくリニアな特性を維持してい
る。
【0034】また、入力端子TVREFとアノード端子T
AND とを短絡すると、入力端子TVREFに接続されるショ
ットキートランジスタDS1により、トランジスタQN
2,QN3のベース電圧を引き下げるため、回路はシャ
ットダウンモードとなり、電流が全く流れなくなる。
【0035】以上説明したように、本実施例によれば、
入力トランジスタQN1が飽和状態となることを防ぐこ
とができ、入力トランジスタの通常の電流増幅率hfe
得ることが可能で、入力トランジスタQN1のベース端
子の入力インピーダンスを上げ、ベース電流を減らすこ
とができる。このため、出力電圧は、低出力電圧時で
も、通常の出力電圧と同様に正確に出力することができ
る。
【0036】なお、本実施例では、pnp型トランジス
タQP1,QP2のエミッタ比を2:1としたが、トラ
ンジスタQP1のコレクタ電流がトランジスタQN1の
コレクタ電流より大きい場合、常に動作する。したがっ
て、トランジスタのエミッタ比は常に2:1とは限らな
い。
【0037】また、本実施例では、3端子レギュレータ
を例に説明したが、これに限定されるものではなく、本
発明が、低電圧アンプの入力回路など、低電圧動作回路
に幅広く応用できることはいうまでもない。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の高入力イ
ンピーダンス回路によれば、入力トランジスタが飽和状
態となることを防ぐことができ、入力トランジスタの通
常の電流増幅率hfeを得ることが可能で、入力トランジ
スタのベース端子の入力インピーダンスを上げ、ベース
電流を減らすことができる。このため、出力電圧は、低
出力電圧時でも、通常の出力電圧と同様に正確に出力す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高入力インピーダンス回路の一実施例
を示す回路図である。
【図2】入力トランジスタの飽和防止対策をした図1の
回路と対策をしていない従来回路の出力電圧特性を示す
図である。
【図3】2.5V仕様の3端子レギュレータの構成例を
示す回路図である。
【図4】1.25V仕様の3端子レギュレータの構成例
を示す回路図である。
【図5】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
REGc…3端子レギュレータ TVREF…入力端子 TAND …アノード端子 TCTD …カソード端子 BG…バンドギャップ回路 QN1〜QN4…npn型トランジスタ QP1…pnp型トランジスタ群 QP1a,QP1b,QP2,QP3…pnp型トラン
ジスタ R2,R3,R4,R5…抵抗素子 DS1…ショットキーダイオード

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベースに入力信号が供給され、エミッタ
    から入力信号レベルに応じた電流を出力する入力トラン
    ジスタと、 エミッタが第1の電源に接続され、コレクタが上記入力
    トランジスタのコレクタに接続された第1のトランジス
    タと、 エミッタが第1の電源に接続され、ベースが上記第1の
    トランジスタのベースに接続された第2のトランジスタ
    と、 エミッタが第1の抵抗素子を介して第2の電源に接続さ
    れ、コレクタが上記第1および第2のトランジスタのベ
    ース同士の接続点に接続された第3のトランジスタと、 エミッタが第2の電源に接続され、ベースが上記第3の
    トランジスタのベースに接続され、コレクタがそのベー
    スおよび上記第2のトランジスタのコレクタに接続され
    た第4のトランジスタと、 上記入力トランジスタのコレクタと上記第3のトランジ
    スタのコレクタとの間に接続され、両コレクタ間を電気
    的に接続するとともに、当該第3のトランジスタのコレ
    クタに流れる電流に応じた電位差を発生させる第1の回
    路とを有する高入力インピーダンス回路
  2. 【請求項2】 上記第1の回路は上記両コレクタ間に接
    続された第2の抵抗素子からなり、かつ、 上記第1のトランジスタと第2のトランジスタとのエミ
    ッタ比がM:1に設定され、 上記第3のトランジスタと第4のトランジスタとのエミ
    ッタ比がN:1に設定されている請求項1記載の高入力
    インピーダンス回路
  3. 【請求項3】 上記入力トランジスタのベース電位と上
    記第2の電源電位が略等しい場合に、上記第3および第
    4のベース電圧を引き下げる第2の回路を有する請求項
    1または請求項2記載の高入力インピーダンス回路
  4. 【請求項4】 上記第2の回路は、上記第3および第4
    のトランジスタのベース同士の接続点と上記入力トラン
    ジスタのベースとの間に、当該ベース同士の接続点から
    入力トランジスタのベースに向かって順方向となるよう
    に接続されたショットキーダイオードからなる請求項3
    記載の高入力インピーダンス回路
  5. 【請求項5】 第1及び第2の電源電圧をそれぞれ入力
    する第1及び第2の電源端子と、 入力信号を入力する入力端子と、 上記入力信号を入力するように上記入力端子に接続され
    たベースと上記入力信号のレベルに応答した第1の電流
    を出力するエミッタとコレクタとを有する入力トランジ
    スタと、 ベースと上記第1の電源端子に接続されたエミッタと上
    記入力トランジスタのコレクタに接続されたコレクタと
    を有し、上記第1の電源端子から上記入力トランジスタ
    に第2の電流が流れるように作動する第1のトランジス
    タと、 上記第1のトランジスタのコレクタに接続された第1の
    端子と上記第1のトランジスタのベースに接続された第
    2の端子とを有する第1の回路と、 上記第1の回路に接続され、回路をラッチ状態とするよ
    うに作動する第2の回路と、 を有し、 上記第1の回路が上記第2の回路に応答して上記第1の
    端子と上記第2の端子との間に電位差が生じるように作
    動し、 上記第2の回路が上記ラッチ状態において上記第1の回
    路に電位差が生じるようにして上記入力トランジスタの
    飽和を防止する高入力インピーダンス回路。
  6. 【請求項6】 上記第1の回路が上記第1のトランジス
    タのコレクタとベースとの間に接続された第1の抵抗素
    子を有する請求項5記載の高入力インピーダンス回路。
  7. 【請求項7】 上記第2の回路が、上記第1の電源端子
    に接続されたエミッタと上記第1のトランジスタのベー
    スに接続されたベースとコレクタとを有する第2のトラ
    ンジスタと、上記第1のトランジスタのベースに接続さ
    れたコレクタと上記第2のトランジスタのコレクタに接
    続されたベースとエミッタとを有する第3のトランジス
    タと、上記第2のトランジスタのコレクタに接続された
    コレクタと上記第3のトランジスタのベースに接続され
    たベースと上記第2の電源端子に接続されたエミッタと
    を有する第4のトランジスタと、上記第3のトランジス
    タのエミッタと上記第2の電源端子との間に接続された
    第2の抵抗素子とを有する請求項6記載の高入力インピ
    ーダンス回路。
  8. 【請求項8】 上記入力端子に接続されたカソードと上
    記第3のトランジスタのベースに接続されたアノードと
    を有するショットキーダイオードを有する請求項7記載
    の高入力インピーダンス回路。
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