JPS6235924A - 予め設定された関数により定められる阻害特性を有する集積ｐｎｐトランジスタ−の反飽和回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） 本発明は、モノリシック集積回路中のＰＮＰ型トランジ
スターのための反飽和回路に関する。このような集積回
路は、はとんどの場合シリコン製である単一の半導体チ
ップ上に、表面酸化、写真食刻、エピタキシアル成長、
不純物拡散、金属化から成る好適な製造手順を経て形成
される。このようなプロセスでは、ダイオード、トラン
ジスター及び受動部品が好適な金属化によりチップ自身
上に相互に接続されて形成される。

半導体のチップ上に形成される集積されたＰＮＰトラン
ジスターは、操作上の特別な問題を有している。ＰＮＰ
Ｉ−ランシスターをその特性である飽和領域で動作させ
ると、集積回路全体を正確に動作させることがテ「シく
するような基板方向への漏れ電流を発生ずることがある
。ＰＮＰ　ｌ−ランシスターの電圧ＶＣＥが実質的に零
まで落ちてしまう飽和条件下では、例えばそのベース電
圧がコレクター電圧と比較して低くなり、そのためヘー
スーコレクター接合が順方向にバイアスされる。このこ
とは、そのコレクターが「パラシティツクトランジスタ
ー」のエミッターとして機能し、次にそのコレクターが
チップの半導体材料の基板により表される真性トランジ
スターのヘースーコレクター接合を通して「パラシティ
ツクＰＮＰ　トランジスター」を作りだすことを意味す
る。

一般にこの問題は、例えばトランジスターの負荷インピ
ーダンスの変化とともにトランジスターが高い確実性で
偶然に飽和状態に導かれる場合だけでなく、電流のレベ
ルに起因して、集積されたＰＮＰパワートランジスター
において特に認識される。

本出願人、エッセヂエッセ・ミクロエレットロニ力・エ
ソセ・ピ・アは、昭和６１年６月１６［Ｅｌに出願した
昭和６１年特許願第１３９９４６号（１９８５年６月２
４日に出願されたイタリア特許出願第２１２７２／Ａ／
８５号に対応）において、簡単で効果的な、集積ＰＮＰ
トランジスターの飽和度を制限し、従って基板方向への
漏れ電流を限定するための反飽和回路を提案した。

しかしながら、このような回路はＰＮＰパワートランジ
スターのある一定の用途においてしばしば望まれるよう
な特殊な阻害（ｉｎｔｅｒνｅｎｔｉｏｎ）特性の素因
を作るような役割を果たすことはできない。

（発明の（既略） 従って本発明の目的は、基板方向への感知できる漏れ電
流の発生を防止することを可能にし、ある予め設定した
特性に従って飽和を阻害するようにした、集積ＰＮＰ　
ｌ−ランシスターの反飽和回路を提供することにある。

これらの目的と他の利点は、基板方向への許容され得な
い漏れ電流を付随する深い飽和状態を起こし得る状態と
なったときに、望ましくは飽和せず、又はあまり深く飽
和しないＰＮＰトランジスターを含むチップ中に容易に
集積できる本発明の反飽和回路により達成することがで
きる。

集積ＰＮＰ　トランジスターの飽和を防止し又は制限す
る本発明の回路は、少なくとも２個のトランジスターと
、それ自身を通る、従って比較回路の伝導トランジスタ
ーを通る予め設定された最大しきい値電流を限定するた
めの少なくとも１個の総括的な電流発振器から成る比較
回路と、前記ＰＮＰ　トランジスターのエミッターと、
該ＰＮＰ　トランジスターのエミッター電流の予め設定
された関数である可変電流を生じさせる少なくとも１個
の発振器との間において両者に連結された調整抵抗器と
、 前記ＰＮＰ　ｌ−ランシスターの強制βを増加させ従っ
て基板方向への漏れ電流を減少させるための、前記電流
発振器により予め設定された最大のしきい値電流を超え
る値の、比較回路のトランジスターの伝導電流により動
作する手段から成り、該比較回路は、次の式で表される
状態が生ずるＶＣ！≦Δ■ と状況を変化させ（ここで、■ＣＥは前記ＰＮＰ　トラ
ンジスターのコレクター−エミッター電圧で、ΔＶは前
記抵抗器を横切り、該抵抗器を通る予め設定された定常
電流と前記発振器により生ずる可変電流の合計である抵
抗器を通る電流により決定される電圧降下である）、 前記比較回路の状態の変化の特性は、前記ＰＮＰトラン
ジスターの通常の動作状態ではカットオフの状態にある
前記比較回路のトランジスターの伝導を増加させるよう
決定する、前記予め設定された関数により決定される、 ことにより特徴づけることができる。

一般に強制（ｆｏｒｃｅｄ）βを増加させるための手段
は、ＰＮＰ　トランジスターを駆動させるＮＰＮ　トラ
ンジスターのベースと大地の間に接続されたＮＰＮトラ
ンジスターから成り、該ＮＰＮ　ｌ−ランシスターに、
前記総括電流発振器により予め設定されたしきい値電流
を超える比較回路のトランジスターの伝導電流が供給さ
れ、該ＮＰＮ　Ｉ・ランシスターが伝導される。

本発明の反飽和回路は、調整器等として利用されるＰＮ
Ｐパワートランジスター用として特に好適に使用される
ことができる。

実際に、本発明の反飽和回路は、調整器への入力電流の
指数関数に基づく阻害特性を現実化することを許容する
。これは、入力電流が大きいときに調整ＰＮＰ　トラン
ジスターを通る比較的大きなΔＶ　ＣＥ／Δ１．を得る
ことを許容し、逆に入力電流が小さいときには比較的小
さなΔＶ　ＣＥ／ΔＩ。

を得ることを許容する。

（好適な実施例の説明） 本発明をより詳細に説明することを目的として、電圧調
整器の場合に適用された本発明の特に好ましい２つの異
なった実施例を表す電気回路のダイアダラムを示す添付
の第１図及び第２図を参照して説明を続けるが、該実施
例は本発明を限定するものではない。

第１図は、直列調整器としてのＰＮＰトランジスターＱ
を利用する集積電圧調整器を示すもので、該トランジス
ターＱはＮ　Ｐ　Ｎ　Ｌランシスター０３により駆動さ
れ、更に該ＮＰＮ　ｌ−ランジスクーＱ３は操作増幅器
Ａ、により駆動され、該増幅器Ａ１は、２個の抵抗器Ｒ
１及びＲ２により形成される電圧ディバイダーを通して
検出される調整器の出力電圧ＶＯにより表される電圧を
参照電圧Ｖ　ＲＥＦと比較する。該２つの電圧間に生ず
ることのある差は好適な補正シグナルを発生し、駆動ト
ランジスターＱ３のベースに印加されると、調整された
出力電圧が次式を満たずようにトランジスターＱＶＣＥ
−（１＋］Ｌ２　／Ｒ１）　ＶＲＥＦの両端間の電圧降
下（Ｖ　ｃｅ）を調整する。

この型の古典的な集積調整器の操作の間、大部分が基板
方向に引かれ他の部分がベースに引かれた入力電流の断
片部分である出力電流（トランジスターＱのコレクター
電流である）が入力電流（トランジスターＱのエミッタ
ー電流である）に等しいような飽和状態が生ずることが
ある。

特にこのようなことは負荷がない場合に生じ、つまり例
えばコレクター電流が約５０（ｌμへのオーダーにあり
、例えば入力電圧Ｖｉが出力電圧■０の調整用としての
値に達していない場合に生ずる。

これらの状態では、それに極端に低い強制βが加えられ
る限りは調整ループが比較的大きなベース電流、例えば
約５００ｍＡのオーダーのベース電流を加えるので、Ｑ
は大きな不均衡の状態で動作する。これらの状態では、
大部分の入力電流が基板方向に流れて失われる。

このようなことが生ずることを防止するために、本実施
例の対象である反飽和回路は、第１図のように接続され
、好ましくは両者がそれぞれのコレクターに、■に等し
い電流を発生させる２個の定電流発振器■１及び■２を
有する２個のＰＮＰ　トランジスターＱ１及びＱ２と、
発生電流がトランジスターＱの入力（エミッター）電流
の予め設定された関数である可変電流発振器ＩＶとから
形成される比較回路を利用して現実化される。

通常の動作状態、つまり直列トランジスター〇が動作し
入力電圧ｖｔｆＪ＜調整された出力電圧Ｖ。

よりもかなり高い場合、Ｖｏよりかなり高い電圧をエミ
ッターに有し、かつ正確には入力電圧Ｖｉから調整抵抗
器Ｒの両端の電圧降下（通常数百ミリボルト）を差し引
いた電圧に等しい電圧を有するＱ２が優先的に伝導する
ため、トランジスター〇、はオフに維持される。

前記可変電流発振器ＩＶが入力電流Ｔｏの指数関数に相
当する電流を出力するよう予め設定されている場合には
、出力される電流は例えば、Ｉ　ｖ＝に、　　ｅ　ｘｐ
　（Ｔ　Ｏ／に２　）であり（ここでに、及びに２は指
数の補正回路に依存する定数である）、Ｒの両側の電圧
降下は、ΔＶ−ＲＣＴ　＋　ＩＶ　：ｌ　− Ｒ（１＋に＋　　ｅｘｐ　（Ｉ　Ｏ／に２　）である。

従ってトランジスター〇のＶＣ！である電圧Ｖｊ−Ｖｏ
はこの値より下がりがちになり、比較過程Ａ が状態を変化させてＱｌが伝導する。

トランジスター０１の伝導電流がそれぞれの定電流発振
器により決定されるしきい値電流１を超えたときは、ト
ランジスターＱ４のベースに電流を供給してそれを伝導
させ、駆動トランジスターＱ、のベースから電流を差し
引いてトランジスターＱの強制βを増加させて基板へ向
かう漏れ電流を減少させる。

言い換えると、定電流■をＲに通すことにより調整抵抗
器Ｒの両端間に生ずる電圧降下と、調整器への入力電流
■０のある関数に対応する可変電流ＩＶにより決定され
る最小のＶ。ＥがトランジスターＱに加えられる。

この方法により、調整器への入力電流Ｉ０のレベルの関
数として調整器の電圧降下の特性を最適化することが可
能になる。このタイプの適用では、指数タイプの特性が
、それが高いレベルの入力電流では高いΔＶ　ＣＥ／Δ
■０を決定し、低いレベルの入力電流では低いΔ■０．
／ΔＩ０を決定するため、特に好ましい。

第２図は、第１図の集積電圧調整器に類似する集積電圧
調整器を示すもので、類似する部品には第１図で使用し
たものと同し数字を付したが、本実施例の反飽和回路は
、異なった、例えば比較回路用の２個のＮＰＮ　トラン
ジスター（Ｑ　＋　１及びＱ２□）を利用するものであ
る。

動作は次の通りである。トランジスターＱ１１０ベース
電流（常に１１及び■９よりかなり小さい）を無視する
と、次式により与えられる調整抵抗器ΔＶ＝Ｒ（Ｉ＋　
＋ＩＶ）　−ＲＣＬ　十ｆ　（■ｏ））Ｒを横切る電位
差が生じ、ここでｆ（１゜）は入力電流Ｉ０の予め設定
された関数である。

Ｖ、＞Ｖ、＋へＶであると、Ｑｌｌ、Ｑ２ｇ、Ｑｌ及び
Ｑ２で形成される比較回路がトランジスターＱ４に電流
を供給しない状態となり、従ってトランジスターＱの駆
動トランジスターＱ３から電流を差し引かない。

■、≦ｖ、＋Δ■（つまり■ｃＥ≦ΔＶ）という状態に
なると、比較回路が状態を変化させ、Ｑ２２、Ｑｌ及び
Ｑ２に通電する。Ｖ　ＥＥＯ４／　Ｒ４により設定され
るしきい値を超えるＱ２□、Ｑ、及びＱ２からの出力電
流がＱｌの゛ベースに供給されてそれを通電へ導き、こ
れによりＱ３のベースから電流を差し引き、Ｑの強制β
を増加させて基板へ向かう電流の漏れを防止あるいは制
限する。

２個の電流発振器■３及び抵抗器ｒは、比較回路の出力
をトランジスターＱ４と競作させる電圧シフターを構成
する。

２つの特に好ましい実施例の電気的ダイアグラムを参照
して本発明を説明してきたが、このようなダイアグラム
には当業者により、特許請求の範囲で限定される本発明
の技術的範囲の中において、種々の変化、変形を施すこ
とができることは理解されるべきである。

（発明の効果） 本発明はＰＮＰ　トランジスターのための反飽和回路を
提供することができる。本発明の回路は、ＶＣ！≦Δ■
の関係で与えられる条件を検出したときに通常はカット
オフの状態にあるＱ、に通電することを可能にしている
。ΔＶの値は予め設定された電流と、都合良く入力電流
■。の一定の予め設定された関数とされている可変電流
の電流との合計である、抵抗器を通る電流を課すること
により決定される。Ｑｌがオンであるとその通電された
電流のうちの予め設定された一定のしきい値を超える部
分が、通常ＰＮＰ　トランジスターに課される強制βを
増加させてこれにより基板方向への漏れ電流を減少させ
る（これは該ＰＮＰ　トランジスターの飽和を制限する
）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に関わる反飽和回路を有する電圧調整
器の一実施例を示す電気的ダイアグラム、第２図は、同
じく他の実施例を示す電気的ダイアグラムである。 Ｑ、Ｑｌ　、Ｑｔ　　・・・ＰＮＰ　トランジスターＱ
ｘ　、Ｑｌ　、Ｑ＋＋、Ｑ２□・・・ＮＰＮ　トランジ
スター Ｒ，ＲＩ、Ｒ２、Ｒ４、ｒ・・・抵抗器ＩＶ１　Ｔ＋　
、１２．１３　　・・・電流発振器Ａ＋　　・・・増幅
器 特許出１１人　工ソセヂエソセ　ミクロニレソーコ己

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２個のトランジスターと、それ自身を通
   る、従って比較回路の伝導トランジスターを通る予め設
   定された最大しきい値電流を決定することのできる少な
   くとも１個の総括的な電流発振器を有する比較回路と、 ＰＮＰトランジスターのエミッターと、少なくとも１個
   の、該ＰＮＰトランジスターのエミッター電流の予め設
   定された関数である可変電流の発振器との間において両
   者に接続された調整抵抗器Ｒと、 前記ＰＮＰトランジスターの強制βを増加させ基板方向
   への漏れ電流を減少させるための、前記電流発振器によ
   り予め設定された最大のしきい値電流を超える値を有す
   る、比較回路のトランジスターの伝導電流により動作す
   る手段から成り、該比較回路は、次の式で表される状態
   が生ずるＶ＿Ｃ＿Ｅ≦ΔＶ と状況を変化させ（ここで、Ｖ＿Ｃ＿Ｅは前記ＰＮＰト
   ランジスターのコレクター−エミッター電圧で、ΔＶは
   予め設定された定電流と前記発振器により生ずる可変電
   流の合計である抵抗器Ｒを通る電流により決定される、
   前記抵抗器Ｒを横切る電圧降下である）、 前記比較回路の状態の変化の特性は、前記予め設定され
   た関数により決定され、該関数は、前記ＰＮＰトランジ
   スターの通常の動作状態ではカットオフの状態にある前
   記比較回路のトランジスターの伝導を増加させることを
   決定するものであることを特徴とする集積ＰＮＰトラン
   ジスター用の反飽和回路。 ２、電流発振器Ｉ＿Ｖが、トランジスターＱのエミッタ
   ー電流の指数関数である電流を出力する特許請求の範囲
   第１項に記載の反飽和回路。 ３、それぞれのコレクターに接続された独立した総括的
   な定電流発振器を有し、それぞれのベースがＱ＿２のコ
   レクターに接続されている２個のＰＮＰトランジスター
   （Ｑ＿１及びＱ＿２）と、供給される電流がＰＮＰトラ
   ンジスターＱのエミッター電流の予め設定された関数で
   ある電流発振器（Ｉ＿Ｖ）と、 それぞれの電流発振器の設定された電流値を超えるトラ
   ンジスターＱ＿１の伝導電流により、強制βを増加させ
   、基板方向への漏れ電流を減少させる、トランジスター
   Ｑのベースからの電流の差引度を決定するために活性化
   される手段とから成り、トランジスターＱのコレクター
   が、負荷抵抗器を介してＱ＿１のエミッターに接続され
   、前記トランジスターＱのエミッターが抵抗器（Ｒ）を
   介して、前記電流発振器Ｉ＿Ｖ及び、更に負荷抵抗器を
   介してＱ＿２のエミッターの両者に接続され、前記比較
   回路の状態の変化の特性が、前記可変電流発振器Ｉ＿Ｖ
   により予め設定された前記関数により決定されるもので
   あり、かつ該特性は、トランジスターＱのＶ＿Ｃ＿Ｅを
   、前記抵抗器Ｒを好適な値としトランジスターＱ＿１の
   伝導を付随的に増加させることにより予め設定されるあ
   る一定の最小値より小さくすることにより決定されるも
   のであることを特徴とする集積ＰＮＰトランジスターＱ
   用の反飽和回路。 ４、それぞれの電流発振器の決められた電流を超える、
   トランジスターＱ＿１の伝導電流の一部分が、ＮＰＮト
   ランジスターのベースに供給され、該ＮＰＮトランジス
   ターはトランジスターＱを駆動させるＮＰＮトランジス
   ターのベースと大地の間に接続され、前記ＮＰＮ駆動ト
   ランジスターのベースからの電流の差引度を決定し、ト
   ランジスターＱの強制βを増加させるようにしたもので
   ある特許請求の範囲第３項に記載の反飽和回路。 ５、直列調整器としてＰＮＰトランジスターＱを利用し
   、かつ出力電圧を参照電圧と比較し、そしてトランジス
   ターＱのＮＰＮ駆動トランジスターのベース電流を調整
   するための動作増幅器から成る調整ループを有する集積
   された電圧調整器において、 該電圧調整器が、両トランジスターＱ＿１及びＱ＿２の
   ベースがＱ＿２のコレクターに接続されている、２個の
   ＰＮＰトランジスター（Ｑ＿１及びＱ＿２）から形成さ
   れ、それぞれのコレクターに総括的な定電流発振器を有
   する比較回路と、 その出力電流が、前記調整器への入力電流の予め設定さ
   れた関数である電流発振器と、 トランジスターＱの駆動トランジスターのベースからの
   電流を差し引くための、それぞれの定電流発振器の決め
   られた電流を超えるトランジスターＱ＿１の伝導電流に
   より制御される手段から成り、該調整器の出力側は負荷
   抵抗器を介してＱ＿１のエミッターに接続され、該調整
   器の入力側は抵抗器Ｒを介して、前記電流発振器Ｉ＿Ｖ
   及び、更に負荷抵抗器を介してＱ＿２のエミッターの両
   者に接続され、 前記比較回路の状態の変化の特性が、前記電流発振器Ｉ
   ＿Ｖにより予め設定された前記関数により決定されるも
   のであり、かつ該特性は、トランジスターＱＶ＿Ｃ＿Ｅ
   を、前記抵抗器Ｒを好適な値としその結果生ずるトラン
   ジスターＱ＿１の伝導の増加により予め設定されるある
   一定の最小値より小さくすることにより決定されるもの
   であることを特徴とする集積ＰＮＰトランジスターＱ用
   の反飽和回路。 ６、電流発振器Ｉ＿Ｖが、調整器の入力電流の指数関数
   である電流を出力させるようにした特許請求の範囲第５
   項に記載の電圧調整器。