JPS5914813Y2 - 定電流回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は簡単な構成で安定な定電流を得ることのでき
る定電流回路に関する。

従来の定電流回路は第１図、第２図に示すような構成が
とられている。

第１図に示す回路は、バイポーラトランジスタ１のベー
スエミッタ間に定電圧を印加してトランジスタ１のベー
ス電流を一定化し、もってトランジスタ１のコレクタ電
流ＩｃＩを一定にしようとするものである。

しかしながら第１図の回路は第３図に示すようにトラン
ジスタ１のコレクタ電流ＩＣＩがコレクタ・エミッタ間
電圧ｖｏＥの変化とともに変化してしまうという欠点が
ある。

第２図の回路は、電界効果トランジスタ２をそのソース
抵抗３により常に飽和状態におき、電界効果トランジス
タ２のドレイン電流ＩＤ２を一定にしようとするもので
ある。

ところが、この回路を定電流動作させるには第４図に示
す電界効果トランジスタのドレイン電流ＩＤ２−ドレイ
ン・ソース間電圧ＶＤ３特性から明らかな様に、ドレイ
ン・ソース間に所定電圧ＶＡ （例えば５Ｖ）以上の
電圧を印加しなければならず、電圧損失が大きいという
問題点があった。

この考案は従来のこのような問題点を一掃すべくなされ
たもので、その目的は、簡単な構成で、電圧損失が少な
く且つ温度係数が小さいとともに定電流流入端の電圧の
変動に対しても安定な定電流を得ることができ、しかも
内部抵抗の大きい定電流回路の提供を目的とする。

この目的を達成するために、この考案は、バイポーラト
ランジスタのベースとエミッタとの間に抵抗を直列に介
して定電圧を印加する一方、前記バイポーラトランジス
タのコレクタに半導体素子のエミッタ（ソース）を接続
し、かつ前記バイポーラトランジスタのエミッタと前記
半導体のベース（ゲート）との間に一定のバイアス電圧
を印加してこの半導体素子をベース（ゲート）接地モー
ドで動作させ、この半導体素子のコレクタ（ドレイン）
に定電流を流し込むようにしたものである。

以下、添付図面を参照してこの考案の実施例を説明する
。

第５図はこの考案の一実施例を示す。

この図において、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ１
１のソースはＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２のコ
レクタに接続され、バイポーラトランジスタ１２のエミ
ッタは電界効果トランジスタ１１のゲートに接続されて
いる。

バイポーラトランジスタ１２のベースは抵抗器１３を介
して正の定電圧源１０ ａ（十Ｖ１）に接続され、バイ
ポーラトランジスタ１２のエミッタおよび電界効果トラ
ンジスタ１１のゲートは負の定電圧源１０ ｂ （−Ｖ
２）に接続されている。

以上の構成において、トランジスタ１２のベース電流■
８は一定であり、したがってトランジスタ１２のコレク
タ電流（ＩＣ−ｈｆ８・ＩＢ）も一定となる。

電流ＩＣが一定であれば、電界効果トランジスタ１１の
ドレイン電流ＩＤも一定（Ｉ、−Ｉ。

）とならなければならない。

電流■Ｄが一定となるためには、電界効果トランジスタ
１１のゲート−ソース間電圧（ゲートバイアス電圧）Ｖ
６．が一定にならなければならない。

言い換えれば、トランジスタ１２のエミッタコレクタ間
電圧Ｖ。

Ｅが一定にならなければならない。

すなわち、第５図に示す回路においては、トランジスタ
１２のエミッターコレクタ間電圧ＶｏＥが常に一定とな
り、また、電界効果トランジスタ１１のドレインおよび
正電圧端子間に接続される回路のインピーダンスが変化
した場合あるいは電源電圧が変化した場合は、電界効果
トランジスタ１１のソースドレイン間電圧ｖ５Ｄが上記
インピーダンス変化あるいは電圧変化に応じて変化し、
これにより、電流■Ｄが一定に保たれる。

以下、更に説明すると、第５図において、トランジスタ
１２のベース電流ＩＢは、抵抗器１３の値をＲＢ、トラ
ンジスタ１２のベース・エミッタ間電圧を■ＢＥ２とす
ると となる。

従って、流■。

はトランジスタ１２のコレクタ電 となる。

ただし、１ｌｆｅはトランジスタ１２のエミッタ接地の
電流増幅率である。

第６図イ９口、ハは、それぞれエミッタ接地されたバイ
ポーラトランジスタにおいて、エミッタ電流■。

を変化させたとき、コレクタ・エミッタ間電圧ＶｃＥを
変化させたとき、およびコレクタ電流ＩＣを変化させた
ときのｈパラメータの変化の一例を示すものである。

（ただし、第６図ハは直流電流増幅率ｈＦＥの変化のみ
を示す）これらの図がら明らかなように、ｈパラメータ
中電流増幅率ｈｆｅが最も安定しており、ｈｆｅの温度
係数は非常に小さく無視できる。

従って、温度変化に対するコレクタ電流ＩＣの変化分Δ
Ｉｃは となる。

従って、抵抗１３の値ＲＢを大きくすれば容易にコレク
タ電流変化ΔＩｃを小さくすることができ、トランジス
タのベース・エミッタ間電圧■ＢＥ（一般には、略０．
６ Ｖ）を基準電圧として利用する形式の定電流供給回
路に比べれば、温度変化に対する電流変動分が略し糧と
なり、温度変化に対しては極めて安定な定電流が得られ
る。

次に、バイポーラトランジスタ１２のコレクタ側には、
電界効果トランジスタ１１をゲート接地モードで動作す
るようにカスコード接続しであるので、この電界効果ト
ランジスタ１１が介挿されていない場合には、バイポー
ラトランジスタ１２のコレクタに直接的に印加されてし
まう電圧変動の影響が無くなり、バイポーラトランジス
タ１２のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ。

Ｅは、電界効果トランジスタ１１のドレイン印加電圧に
かかわらず、一定に保たれかつこの電界効果トランジス
タ１１のドレインソース間にその印加電圧分のほとんど
を受は持つので、バイポーラトランジスタ１２のコレク
タ・エミッタ間電圧■ＣＥは小さく保たれる。

この時、電界効果トランジスタ１１のドレイン電流■。

はバイポーラトランジスタ１２のコレクタ電流ＩＣと全
く同一であり、従って所定の定電流値である。

すなわち、この第５図に示す回路によれば定電流を流し
込む側の電源の電圧変化に対してもその定電流値を極め
て安定に保持できる。

また、電界効果トランジスタ１１のチャンネル抵抗ｖ、
５は飽和状態において非常に大きくなり、また、バイポ
ーラトランジスタ１２のコレクタ抵抗■。

もコレクタ・エミッタ間電圧ｖＣＥが小さくなっても能
動領域では十分に大きいので、第５図の定電流回路は非
常に大きな内部抵抗を有することがわかる。

第７図はこの考案による定電流回路を直流増幅回路に適
用した例を示す。

この直流増幅器には第５図の回路と同−構成の２つの定
電流回路Ｃ１１゜ＣＩ２が設けられている。

定電流回路ＣＩ□、ＣＩ□において、１１ ａ、 １１
ｂは電界効果トランジスタ１１に相当し、１２ａ、１
２ｂはバイポーラトランジスタ１２に相当し、１３ａ、
１３ｂは抵抗器１３に相当し、抵抗器１３ ａ、 １３
ｂは正電圧源２３（＋Ｖｔ、ｔ）に接続され、バイポ
ーラトランジスタ１２ａ、１２ｂのエミッタは負電圧源
２４ （Ｖ２□）に接続されている。

定電流回路Ｃ１１は差動増幅器ＤＡの共通ソース電流路
を形成するものである。

差動増幅器ＤＡは、２つの同一特性の電界効果トランジ
スタ１４．１５と、電界効果トランジスタ１４のゲート
と接地点との間に接続される抵抗器１６と、電界効果ト
ランジスタ１４のドレインと電圧源２３との間に接続さ
れる抵抗器１７と、電界効果トランジスタ１５のゲート
と接地点との間に接続される抵抗器１８と、電界効果ト
ランジスタ１５のドレインと電圧源２３との間に接続さ
れる抵抗器１９とからなっている。

電界効果トランジスタ１４．１５のソースは電界効果ト
ランジスタ１１ ａのドレインに接続されている。

ここで、差動増幅器ＤＡを構成する電界効果トランジス
タ１４のゲート電圧が大きく変化したような時（すなわ
ち入力信号と・して大振幅の低域成分が印加されたよう
な時）には、帰還がかけられているため、電界効果トラ
ンジスタ１４．１５の共通ソースの電位も大きく変動す
る。

そのような場合、定電流回路Ｃ１１を構成する電界効果
トランジスタ１１ ａのドレイン電圧は大きく変動する
が、定電流値を決めているバイポーラトランジスタ１２
ａのコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ。

Ｅはほとんど変動せず、定電圧源２３．２４、抵抗１３
ａおよびトランジスタ１２ａの直流電流増幅率ｈｆｅに
より定まる一定値に、前記電界効果トランジスタ１４．
１５のドレイン電流１１４ 、１１５の和を規制し、も
って差動増幅器ＤＡは常に安定な増幅をなし得る。

定電流回路Ｃ■２は出力増幅器ＡＯの負荷として使用さ
れるものである。

増幅器ＡＯは電界効果トランジスタ１４のドレインにそ
のベースが接続されるバイポーラトランジスタ２０と、
こそバイポーラトランジスタのエミッタと正電圧源２３
との間に接続される抵抗器２１と、電界効果トランジス
タ１５のゲートとバイポーラトランジスタ２０のコレク
タとの間に接続される抵抗器２２とからなっており、バ
イポーラトランジスタ２０のコレクタは電界効果トラン
ジスタ１１ ｂのドレインに接続されている。

上述のように定電流回路ＣＩ２の内部抵抗は非常に大き
いので出力増幅器ＡＯは非常に大きな利得を得ることが
できる。

また、上記実施例ではＮチャンネル型の電界効果トラン
ジスタを使用し、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタを使
用したが、電圧源の極性を逆にすればＰチャンネルの電
界効果トランジスタ、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ
を使用できる。

また、電界効果トランジスタとしては、接合型のほかに
絶縁ゲート型も使用できる。

次に、第８図に示すこの考案の他実施例について説明す
る。

この実施例において、バイポーラトランジスタ８１のエ
ミッタはバイポーラトランジスタ８２のコレクタに接続
され、このトランジスタ８２のベースは抵抗器８３を介
して接地され、そのエミッタは負の定電圧源８０ｂ（−
■ＥＥ）に接続されている。

また、この電圧源８０ ｂの出力電圧は抵抗器８４と８
５により分圧されてトランジスタ８１のベースに印加さ
れるようになっており、トランジスタ８１のベースを一
定電位に保持するようになっている。

以上の構成において、トランジスタ８２のベース電流■
８゜は一定電流 （但し、Ｒ８３：抵抗８３の抵抗値）となり、したがっ
て、トランジスタ８２のコレクタ電流ＩＣ２、トランジ
スタ８１のコレクタ電流ＩＣ３が共に定電流となる。

一方、抵抗８５の両端電圧は一定であり、また、トラン
ジスタ８１のベース−エミッタ間電圧■ＢＥも略一定で
あることから、トランジスタ８２のエミッターコレクタ
間電圧■。

Ｅが一定となる。したがって、第８図に示す回路におい
ては、トランジスタ８１のコレクタおよび正電圧端子間
に接続される回路のインピーダンスが変化した場合、ト
ランジスタ８１のエミッターコレクタ間電圧■。

Ｅが上記インピーダンス変化に応じて変化し、これによ
り電流ＩＣ３９ＩＣ２が一定に保たれる。

例えば、上記インピーダンスが小（電流Ｉｃ３が増加す
る状態）となった場合は、トランジスタ８１の電圧Ｖ。

Ｅが大となり、逆に、上記インピーダンスが大となった
場合はトランジスタ８１の電圧■。

Ｅが小となる。しかして、第８図の回路は、上述した動
作によって、温度変化に対しても、定電流流入端の電位
変化に対しても極めて安定な定電流が得られる。

また、第８図に示す回路においては、トランジスタ８２
のエミッターコレクタ間電圧■。

Ｅが抵抗８５の両端電圧に基づいて決定される。

したがつて、抵抗８４．８５の値を調整すれば、トラン
ジスタ８２のエミッターコレクタ間電圧Ｖ。

０を小さな値（例えば２〜３ボルト）とすることができ
る。

そして、このようにすれば、トランジスタ８２のコレク
タ損失を小さくすることが可能、となる。

また、トランジスタ８１．８２のコレクタ・エミッタ間
電圧ＶＣＥ１・ＶＣＥ２が小さくなっても（例えば０．
６■程度になっても）能動領域においてはそのコレクタ
抵抗’）’Ｃ１５ＹＣ２は十分大きな値が得られるので
、内部抵抗を非常に大きくすることができるとともに電
圧損失を小さくすることができ、特に、大きな電流値を
有する定電流回路においてはその効果が顕著である。

次に、第８図の実施例の具体的回路の実験データおよび
従来回路の実験テ゛ニタを示す。

第９図に示すものが第８図の実施例の具体的回路とその
実測回路であり、第１０図のものが従来回路（ダーリン
トン接続による定電流回路）の具体的回路例とその実測
回路である。

これら回路の測定を行う上において、 （１） 熱的な変動が顕著にならないように電流変動
を読み取る。

（２）両者の回路の素子動作点をほぼ等しくする。

以上２点に留意して測定が行われた。

第１の点を留意しなければならないので、トランジスタ
の動作電圧が変化すると、その消費電力が変化し、ベー
ス・エミッタ間電圧Ｖ８Ｆ、も若干変動する結果、電流
値も変化するので、ペレット温度における定電流値まで
徐々に値が変動してゆくからであり、。

このような変動はＰＣの許容温度及びマージンを含めて
考慮したとき、コレクタ・エミッタ間電圧ＶｃＥの変化
に伴うコレクタ電流■。

の変化と同次元的に語れないからである。

第２の点に留意しなければならないのはトランジスタの
固定動作点がほぼ一定でなければ両者の回路の差を比較
できないからである。

第９図の回路は第８図の回路のトランジスタ８１を２Ｓ
Ｃ１１７３型、トランジスタ８２を２ＳＣ２１２０型、
抵抗器８３．８４．８５の値をそれぞれ２７にΩ、１．
２にΩ、２２０Ωとし、トランジスタ８１のコレクタ電
流ＩＣ３を４０ｍＡ一定にしようとするものであり、可
変直流電源ＥＤ６を６Ｖ〜１６Ｖの範囲で変化させたと
きの電流変動をトランジスタ８１と可変直流電源ＥＤｏ
の、間に接続される４、６Ωの抵抗器両端の電圧を測定
して求めようとするものである。

なお、この回路で゛はトランジスタ８２（２ＳＣ２１２
０）のＰ。

が小さいので４０ｍＡの電流の２６分の大半をトランジ
スタ８１ （２ＳＣ１１７３）で持たせる。

トランジスタ８２のコレクタ・エミッタ間電圧を０．５
乃至０．７■の範囲で動作させた場合トランジスタ８２
のＰ。

は０．０２乃至０．０２８ （Ｗ）の範囲となる。

第１０図の回路は２５Ｃ２１２０型トランジスタと２３
Ｃ１１７３型トランジスタをダーリントン接続したもの
で、２８Ｃ１１７３型トランジスタのベースを２７０Ω
の抵抗器に発生する電圧で定電圧化してコレクタ電流Ｉ
Ｃ２を４０ｍＡにしようとするものである。

第９図の回路の実験結果は下表の通りである。

これらの表から明らかなように、第９図のこの考案の実
施例は従来回路に比して 定電流流入部分の電圧変動（すなわち、ここでは可変直
流電源Ｅ！ｃの電圧変化と略同様と見なし得る。

）に対する電流変動がＫであり、非常に安定な定電流が
得ら、れることがわかる。

次に、第１１図に示すこの考案の他の実施例について説
明する。

この図において、パイポーラトランジスタ９１は、その
エミッタがバイポーラトランジスタ９２のコレクタに接
続され、同トランジスタ９２のエミッタがバイポーラト
ランジスタ９３のベースに接続されると共に抵抗器９４
を介して負の定電圧源９５ ｂに接続されている。

また、電圧源９５ ｂの出力電圧は抵抗器９６と９７と
により分圧されてトランジスタ９１のベースに印加され
るようになっており、トランジスタ９１へ一定のベース
電流が供給されるようになっている。

そしてトランジスタ９３は、そのコレクタがトランジス
タ９２のベースに接続されると共に抵抗器９８を介して
正の定電圧源９５ ａに接続され、エミッタが電圧源９
５ ｂに接続されている。

上記の構成においては、トランジスタ９３のベース・エ
ミッタ間電圧■北が喀Ｒ９４・ＩＣ（但し、Ｒ０４；抵
抗器９４の値、Ｉｏ； ）ラソジスタ９１のコレクタ電
流）に設定されるが、この電圧■ＢＥの変化、すなわち
コレクタ電流ＩＣの変化は抵抗器９８を負荷とするトラ
ンジスタ９３によって増幅されてトランジスタ９２のベ
ース電流を変化させ、これによってトランジスタ９２の
コレクタ電流が制御され、かくしてトランジスタ９１の
コレクタ電流ＩＣが一定に保たれる。

したがって、この実施例によっても、温度変化、定電流
流入端の電位変化に対して極めて安定な定電流が得られ
、かつトランジスタ９２のコレクタ損失も少なくて済む
。

以上の説明から明らかなように、この考案による定電流
回路は、バイポーラトランジスタのベースとエミッタと
の間に抵抗を直列に介して定電圧を印加する一方、前記
バイポーラトランジスタのコレクタに半導体素子のエミ
ッタ（ソース）を接続しかつ前記バイポーラトランジス
タのエミッタと前記半導体のベース（ゲート）との間に
一定のバイアス電圧を印加してこの半導体素子をベース
（ゲート）接地モードで動作させ、この半導体素子のコ
レクタ（ドレイン）に定電流を流し込むようにしたもの
であるから、温度変化に対しても、また定電流流入端に
印加される電圧変動に対しても極めて安定な定電流を得
ることができると共に、前記バイポーラトランジスタの
コレクタ損失を常に小さな値にすることができ、また回
路構成も簡単であって安価に実現することができる等の
数々の作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の定電流回路を示す回路図、第３
図は第１図の回路のバイポーラトランジスタのコレクタ
電流■ｃ１−コレクタエミッタ電圧ｖｏＥ特性を示す特
性図、第４図は第２図の電界効果トランジスタのドレイ
ン電流ＩＤ２−ドレイン・ソース間電圧ＶＤ５特性を示
す図、第５図はこの考案の実施例を示す回路図、第６図
イはエミッタ接地されたバイポーラトランジスタのエミ
ッタ電流ＩＥに対するｈパラメータの変動特性を示す特
性図、同図口はエミッタ接地されたバイポーラトランジ
スタのコレクタ・エミッタ間電圧■。 Ｅに対するｈパラメータの変動特性を示す特性図、同図
ハはエミッタ接地されたバイポーラトランジスタのコレ
クタ電流に対する電流増幅率ｈＦＥの変動特性を示す特
性図、第７図はこの考案が適用された直流増幅回路の一
例を示す回路図、第８図はこの考案の別の実施例を示す
回路図、第９図は第８図の実施例の具体的回路構成例お
よびその特性を測定するための実測回路を示す回路図、
第１０図は第９図の回路と同じ動作基準をもたせて構成
した従来回路の具体例およびその実測回路を示す回路図
、第１１図はこの考案の別の実施例を示す回路図である
。 １０ ａ・・・・・・正定電圧源、１０ｂ・・・・・・
負定電圧源、１１・・・・・・電界効果トランジスタ、
１２・・・・・・バイポーラトランジスタ、１３・・・
・・・抵抗器、８０ ａ・・・・・・正定電圧源、８０
ｂ・・・・・・負定電圧源、８１．８２・・・・・・
バイポーラトランジスタ、８３．８４．８５・・・・・
・抵抗器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. バイポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に抵
   抗を直列に介して定電圧を印加する一方、前記バイポー
   ラトランジスタのコレクタに半導体素子のエミッタ（ソ
   ース）を接続し、かつ前記バイポーラトランジスタのエ
   ミッタと前記半導体素子のベース（ゲート）との間に一
   定のバイアス電圧を印加して前記半導体素子をベース（
   ゲート）接地モードで動作させ、前記半導体素子のコレ
   クタ（ドレイン）に定電流を流し込むように構成したこ
   とを特徴とする定電流回路。