JPS5816206B2 - 定電流回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は入力端子に流れ込む（又は流れ出す）電流が
変化する場合、出力端子に流れ込む（又は流れ出す）電
流が正確に入力電流と比例関係を保ち、併せてその比例
定数が自由に設定できるようにした定電流回路に関する
ものである。

第１図は従来の定電流回路の一例を示すもので、１は入
力端子、２は出力端子、３は接地端子；４は駆動トラン
ジスタ、５は定電流出力トランジスタ、６，７は抵抗で
ある。

この回路において入力電流■１と出力電流■２との関係
は次式の様になる。

ここでｑ：電子電荷、Ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温
度、 ■ｓ１：トランジスタ４の飽和電流、Ｉ８２ ”ランジ
スタ５の飽和電流、Ｒ１：抵抗６の抵抗値、Ｒ２：抵抗
７の抵抗値である。

なお（１）式ではトランジスタ４と５のベース電流ＩＢ
の効果は無視している。

一般にＮ′ＰＮトランジスタの直流電流増巾率（以下ｈ
ＦＥと呼ぶ）は１００以上で高いので１Ｂ＝ｏとしても
大きな誤差は出ない。

上記（１）式をまとめると（２）の式は対数の中と外に
１２が入っているので簡単に１２が決まらないが、今Ｒ
１，Ｒ２の電圧降下が大きいと仮定すると、左辺〈〈右
辺となって、次式の様にＲ１とＲ２の抵抗比で１２が決
まる。

従って第５図に示す様に１１とＩ２の関係はＲ２を変化
させる事により比例係数が自由に変えられる。

ところが、１１が変化する場合（例えば１μ八へ１ｍＡ
と変化する場合）には、どの電流領域においても同じ比
例係数を保つのは困難となる。

その理由は前述の（３）式を導くのに（２）式の左辺〈
〈右辺と仮定したが、その仮定が１１が小さくなると成
立しなくなる為である。

つまり１１が非常に小さくなると、逆に（２）式では左
辺〉〉右辺となるので となって、１１と１２の関係はトランジスタの面積によ
って決まずＩｓ、という比例係数に固定され■Ｓす る。

従って１１とＩ２の関係は第８図に示す様に１１が大き
い領域のみＲ１とＲ２で決まる設定比（破線で示す。

）に近づき、１１が小さくなるに従って面積比器で決ま
る固定比に近づく。

このため第１図の定電流回路では入力電流１１の広い範
囲にわたって一定の電流比を得ることができない。

第１図の他に従来回路として第２図〜第４図に示す様な
回路がよく使われるが、第１図と原理的には同じである
。

つまり、第２図は第１図ＮＰＮトランジスタ４，５の代
りにＰＮＰトランジスタ４．５を使ったもので電流の向
きが変わる他は全く同じである。

又、第３図は第１図においてトランジスタ４゜５のベー
ス電流ＩＢの影響による誤差を小さくする為のもので、
トランジスタ９を追加する事によりトランジスタ４と５
ベース電流を電源端子８からトランジスタ９を介して供
給することにより、１１に与える影響を第１図に比べて
トランジスタ９のｈＦＥ分の”ｈＦＥ ）になるように
したものである。

第４図は１１と１２の設定比をより厳密に決める時に用
いられるもので、トランジスタ１０を追加する事により
、面積比１８２安定度を増すようにし［ たものである。

以上の如く、従来の回路は第１図〜第４図に示すような
いろいろな形があるが、第１図が基本となっているもの
で、いづれも抵抗Ｒ，、Ｒ２の電圧降下が■１，１２の
値によって決まるので１１．Ｉ２が小さくなると電圧降
下も小さくなり、１１が広範囲に変化した場合一定の電
流比の出力電流Ｉ２を得られないという欠点がある。

本発明は上記のような点に鑑み、入力電流の広範囲の変
化に対しても所定の比例関係をもつ出力電流を得ること
ができ、しかもその比例定数を自由に設定できる定電流
回路を提供するものである。

第７図は本発明の基本的実施例を示すもので、従来回路
の抵抗を除き、出力トランジスタ５のエミッタと接地端
子３間に電圧電源１１を挿入したものである。

しかしてこの回路において入力端子１より入力電流■１
を流し込んだ場合、出力電流Ｉ２との関係は次式で示さ
れる。

ここで■は電圧源１１の電圧である。

（５）式を整理して ここでＶが■−ＫＴｔｎＡ（但しＡは正のある定数）で
表わされる電圧であれば（６）式に代入してとなる。

ここでＩＳ２／ ＩＳｔはトランジスタ４と５のエミツ
タ面積比に相当するもので、一度トランジスタを選定す
ればそのトランジスタで決まってしまう値である。

つまり１１とＩ２の比例係数を自由に調整しようという
目的の手段としては使えなＧ）。

そこで残ったのはＡという定数でこれを変えることによ
り、比例係数力軸由に調整できる。

しかも（８）式をみると単純な一次関数になっており、
１１およびＩ２の実用上の全範囲に対して適用できるた
め第５図に示した１１とＩ２の一定の直線関係が広い電
流領域で保てる事になる。

つまり、１１が１ ｐＪｙ 〜１７７ＬＡといった広い
範囲において例えばＩ２−３×■１という比例関係が成
り立つ事になり、精度良＜、？＝３という比例係数が設
定でき調整もできる事になる。

すなわち第７図に示す本発明の定電流回路によれば可変
電圧源１１の出力を調整することにより１１とＩ２の比
を、広い電流範囲において任意かつ正確に設定できる。

更に第８図及至第１２図は本発明の具体的実施例を示す
ものであり、以下詳細に説明する。

但し第７図においてトランジスタ４と５はＮＰＮトラン
ジスタである場合を示したが、第７図は種々の形の定電
流回路の基本的な回路であり、第２図〜第４図及びその
組合せ回路のすべてに適用できる従って以下の説明は第
７図に示したＮＰＮトランジスタの回路で行い、代表さ
せる事とする。

さて第８図は第７図の電圧源１１を差動増巾器１２を用
いて構成したものである。

その出力電圧ｖｏは入力オフセット電圧Ｖｉｏを増巾し
た値になり、Ｖｉｏかに！’ Ａｎ Ａの形で表わされ
る事を利用している。

差動増巾器１２の具体的な回路例を第９図に示す。

第９図において入力段はＰＮＰトランジスタ２２，２３
の増巾トランジスタと負荷を構成するＮＰＮ トランジ
スタ２５．２６並びに定電流源２４で構成されている。

抵抗２７．２８と可変抵抗１５は入力オフセット電圧を
調整する為の抵抗である。

入力段のトランジスタ２２．２３のエミッタは共通に接
続され、定電流源２４より電流が供給され後述するよう
な差動増巾動作をしている。

入力段の増巾出力はトランジスタ２３のコレクタより取
り出され、ＮＰＮトランジスタ２９のベースに伝えられ
る。

トランジスタ２９は抵抗３０を負荷とするエミッタ接地
増巾器を成している。

その出力はトランジスタ２９のコレクタより取り出され
、ＮＰＮトランジスタ３１と負荷３２で構成されるエミ
ッタホロワ回路に伝えられる。

差動増巾器としての出力はＮＰＮ トランジスタ３１の
エミッタから取り出される。

この回路は一般的な回路であるので簡単な説明のみ行う
。

入力端子はＰＮＰ）ランジスタ２２と２３のベース端子
であり出力信号との位相関係で反転入力（−人力とする
。

）と非反転入力（十入力とする）の２人力となっている
。

３つの入力端子の電圧が等しい場合はトランジスタ２２
と２３に流れる電流１１とＩ２は等しくこの場合は出力
は零電位となる。

なお、電源端子１３には正電圧、１４には負電圧がかか
つているものとする。

入力端子間に電圧が加えられた場合、つまり一人力より
十入力の方が電圧が高い様な場合には、トランジスタ２
３のベース電位が高イノで１２が減り、１１がその分だ
け増加する。

この関係は次式で表わされる。

入力電圧差ΔＶ■＝（十入力電圧）−（−入力端子）Ｉ
２が減るとトランジスタ２３のコレクタ電位が下がり、
トランジスタ２９のベース電圧が下がるのでコレクタ電
位は上がり出力電圧が上がる。

入力電圧と出力電圧の関係は電圧利得で決まる。

ここで、第８図に示す如く出力端子より一人力端子に抵
抗４２．４１で負帰還を施し、それらの抵抗値をそれぞ
れＲ，、Ｒ８とすると電圧利得はＡＶ＝五で決まる。

第９図において入力電圧を与える８ と（９）式で決まる如＜■、とＩ２の差が生ずるが、逆
に１１とＩ２を変えるとそれが入力電圧となって現われ
てくるとも言える。

一般にはこの手法が入力オフセット電圧の調整に使用さ
れる。

その方法は第９図の半固定抵抗１５を調整して行う。

抵抗１５の摺動子を動かすと抵抗２Ｔ及び２８に並列に
入る抵抗分が変化する為に、第１図で説明した理由によ
り１１と１２が変化する。

従って、（９）式で表わされる電圧が入力端子間に発生
する。

これがＶｉｏである。第８図において差動増巾器１２の
出力電圧Ｖｏは次式で表わされる。

ＫＴ 上式をみると第７図において述べたＶ＝−ｔｎＡにＶｏ
が合致している事がわかる。

勿論■込は五８ 倍されてはいるが、これは増巾器の増中度でありｖ＝”
！−ｔｎＡの本質的な形とは無関係で筆ｔ０ｑ
ＫＴ Ｉ （（１０）式を変えればｖｏ ＝ −ｔ。

（□２Ｒ８となリバ」ｔｎＡの形となる。

）以上述べた如く第９図に示す様な差動増巾器を使用し
、入力段の電流Ｉ２．Ｉ２を変えてオフセット調整を行
う方式ではオフセット調整が即ち、第８図のトランジス
タ４と５の電流１１とＩ２の電流比を調整する事になる
。

第１０図は同じく差動増巾器を用いて別の方法で行った
例である。

ダイオード１８．１９にはそれぞれＩ３．Ｉ４が流れて
おり、定電流源４０により■３＋１４が供給されている
。

差動増巾器１２の出力端子と一人力はダイオード１９の
インピーダンスで接続され、同時に負帰還がかかつてい
る。

負帰還作用により増巾器１２の一人力と十入力の電位は
等しくなる。

（但し、入力オフセット電圧は無視できる程小さいと仮
定する。

）抵抗１６と１７は一端が互に接続されている。

他の一端は差動増巾器１２の両入力に接続されて、かつ
ダイオード１８．１９に接続されている。

差動増巾器１２の両入力の電位は等しいので、抵抗１６
と１７の両端にかかる電圧は等しい。

今増巾器１２の入力電流が無視できる程小さいとすると
、抵抗１６゜１７に流れる電流■３．■４はそのままダ
イオード１８．１９を流れる。

ダイオード１８のカソード端子は接地端子３に接続され
ており、ダイオード１８．１９のアノード電位は増巾器
１２の両入力電位が等しいので必然的に等しく、差動増
巾器１２の出力にダイオード１９のカソード端子が接続
されているので、出力電圧Ｖｏはダイオード１８と１９
の順方向電圧の差となり、次式で表わされる。

ここでＶＤ（１８）：ダイオード１８の順方向電圧、Ｖ
Ｄ卸の：ダイオード１９順方向電圧、■３．■４：ダイ
オード１８．１９に流れる電流、■ｓ１８．Ｉｓ１．：
ダイオード１８．１９の飽和電流である。

（１１）式のうチェ３．■４ハ抵抗１６，１７（７）抵
抗値Ｒ５゜Ｒ４で決まるので■３／ はＲ４４３で置
き換えられ、■４ 次式の様になる。

α１式も第７図のＶ−＝７ｎＡに合致しており、ＶＯを
変えれば１１と１２の比が変えられる。

Ｖｏを変える手段としては第１０図に示す通り、馬（又
は也）を可変抵抗とすればよい。

・第１１図は電圧源１１に相当する電圧を他の回路のバ
イアス電圧源４０から求める場合の回路で、差動増巾器
１２をバッファアンプとして使用し、６ 抵抗３４を変える事により電圧利得Ａ■−■（但しＲ５
：抵抗３４の抵抗値、Ｒ６：帰還抵抗３５の抵抗値）を
変えて、その出力電圧を変化させ■１と■２の電流比を
調整する。

第１２図は同様の例で、差動増巾器１２を固定の電圧利
得ＡＶ７七のバッファアンプとして使用し、他の回路の
バイアス電圧源４０の電圧を可変抵抗３６で分圧するこ
とにより■１と１２の電流比を設定するものである。

以上述べた様にこの発明の定電流回路では、入力電流と
出力電流の電流比を広い電流範囲にわたって、精度良く
調整できる。

従って電流増巾器（あるいは減衰器）としても極めて有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の基本的な定電流回路を示す回路図、第２
図乃至第４図は従来の他の定電流回路を示す回路図、第
５図および第６図は定電流回路の入力電流と出力電流と
の関係を示す特性図で、第５図は理想的な場合を示し、
第６図は従来の回路における場合を示している。 第７図はこの発明の基本的な実施例を示す回路図、第８
はこの発明の具体的な実施例を示す回路図、第９図は第
８図における差動増巾器の一例を示す回路図、第１０図
乃至第１２図はそれぞれこの発明の他の具体的な実施例
を示す回路図である。 なお図中同一符号は同一または相当部分を示す。 １・・・・・・入力端子、２・・・・・・出力端子、３
・・・・・・接地端子、４・・・・・・駆動トランジス
タ、５・・・・・・出力トランジスタ、１１・・・・・
・電圧源、１２・・・・・・差動増巾器、４０・・・・
・・他の回路のバイアス電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コレクタを入力端子とし、コレクタとベースとが互
   いに接続されると共にエミッタが接地された５絹１のト
   ランジスタと、コレクタを出力端子とし、ベースを上、
   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、一端を上記第２のトランジスタのエミッタ
   に接続され、他端を接地された電圧源とを備え、上記電
   圧源の出力電圧を調整することにより上記入力端子と出
   力端子とに流れる電流の比を変えるようにしたことを特
   徴とする定電流回路。 ２ 電圧源は一１ｎｋ （但しｑ：電子電荷、Ｋ：ボル
   ツマン定数、Ｔ：絶対温度、Ａ：正の定数）に相当する
   出力電圧を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の定電流回路。 ３ 電圧源を差動増巾器で構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の定電流回路。 ４ 電圧源を人、力端子の一方に他の回努からのバイア
   ス電圧が印加された差動増巾器で構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし等３項記載の定電流回
   路。 □