JP2010086056A

JP2010086056A - 定電流回路

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Publication number: JP2010086056A
Application number: JP2008251470A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nishi; 智昭西
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-15
Also published as: TWI402655B; TW201013362A; US20100079198A1; CN101714008B; CN101714008A; US7944272B2

Abstract

【課題】温度係数を有しない、または、任意の温度係数を有する、温度補償された定電流を出力する。
【解決手段】温度補償された電流Ｉ１を出力する温度補償回路と、温度補償回路に電流Ｉ２を供給する電流供給回路と、を備え、温度補償回路は、ベース・エミッタ間電圧を所定の比で増倍したベース・コレクタ間電圧を発生するトランジスタＱ１を含む電圧増倍回路と、ベース・エミッタ間電圧がＱ１と略等しくなる、Ｑ１と同一導電型のトランジスタＱ２と、両端がＱ１のコレクタおよびＱ２のベースに接続される抵抗Ｒ１と、両端がＱ１およびＱ２のエミッタに接続される抵抗Ｒ２と、を有し、Ｉ１は、Ｑ２のコレクタ電流に応じて出力され、Ｉ２は、Ｑ２のベースおよびＲ１の接続点に供給され、Ｒ１の両端に温度に略比例して変化する電圧を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、定電流回路に関する。

半導体集積回路などに用いられる電圧源としては、ダイオードやトランジスタのｐｎ接合のバンドギャップ電圧を利用するバンドギャップ回路を含むものが一般に知られている。例えば、特許文献１の図１ないし図４では、一対のトランジスタのベース・エミッタ間電圧の差を利用して基準電圧を発生し、正の温度係数を有する抵抗の両端電圧と、負の温度係数を有するｐｎ接合の順方向降下電圧とを相殺して、温度係数を持たない基準電圧を出力する基準電圧発生回路（特許文献１においては基準電圧回路）が開示されている。

ここで、特許文献１の図３と同様の構成となっている基準電圧発生回路を図６に示す。図６の基準電圧発生回路２１ａにおいて、抵抗Ｒ９の両端電圧をＶＲ９とし、ダイオードＤ１の順方向降下電圧をＶＤとすると、出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝ＶＲ９＋ＶＤ
＝（Ｒ９／Ｒ５）・（ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｎ）＋ＶＤ
となり、ＶＲ９が有する正の温度係数（Ｒ９／Ｒ５）・（ｋ／ｑ）・ｌｎ（Ｎ）を、ＶＤが有する負の温度係数の絶対値と等しくすることによって、温度係数を０にすることができる。

このようにして、バンドギャップ回路において温度係数が相殺されるように抵抗値やトランジスタのエミッタ面積比などを設定することによって、温度補償された基準電圧を出力することができる。
特開平８−３３９２３２号公報

しかしながら、半導体集積回路などの電源として電流源を必要とする場合、図６の基準電圧発生回路２１ａの抵抗Ｒ９に流れる電流Ｉ５を出力電流としても、温度係数を０にすることはできない。例えば図７に示すように、図６の電流Ｉ５を外部の負荷（不図示）に供給する構成とした電流供給回路２ａにおいて、出力電流Ｉｏｕｔは、
Ｉｏｕｔ＝（１／Ｒ５）・（ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｎ）
となり、正の温度係数を有する。
そのため、温度によらず一定の定電流を出力することができない。

前述した課題を解決する主たる本発明は、温度補償された第１の電流を出力する温度補償回路と、前記温度補償回路に第２の電流を供給する電流供給回路と、を備え、前記温度補償回路は、ベース・エミッタ間電圧を所定の比で増倍したベース・コレクタ間電圧を発生する第１のトランジスタを含む電圧増倍回路と、ベース・エミッタ間電圧が前記第１のトランジスタと略等しくなる、前記第１のトランジスタと同一導電型の第２のトランジスタと、両端が前記第１のトランジスタのコレクタおよび前記第２のトランジスタのベースに接続される第１の抵抗と、両端が前記第１のトランジスタのエミッタおよび前記第２のトランジスタのエミッタに接続される第２の抵抗と、を有し、前記第１の電流は、前記第２のトランジスタのコレクタ電流に応じて出力され、前記第２の電流は、前記第２のトランジスタのベースおよび前記第１の抵抗の接続点に供給され、前記第１の抵抗の両端に温度に略比例して変化する電圧を発生させることを特徴とする定電流回路である。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、温度係数を有しない、または、任意の温度係数を有する、温度補償された定電流を出力することができる。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＜第１実施形態＞
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における定電流回路の構成について説明する。
図１に示されている定電流回路は、電流供給回路２ａおよび温度補償回路１ａで構成されている。

電流供給回路２ａは、例えば、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ３、Ｑ４、ＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ８、Ｑ９、Ｑ１０、および抵抗Ｒ５と、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ２０および抵抗Ｒ２０で構成される起動回路２０ａとを含んで構成されている。ダイオード接続されたトランジスタＱ８、および第４のトランジスタＱ４は、コレクタ同士が接続され、それぞれのエミッタが電源電位ＶＣＣおよびグランド電位に接続されている。また、トランジスタＱ８とカレントミラー回路を構成するトランジスタＱ９、およびダイオード接続された第３のトランジスタＱ３は、コレクタ同士が接続され、トランジスタＱ９のエミッタが電源電位ＶＣＣに、トランジスタＱ３のエミッタが第５の抵抗Ｒ５を介してグランド電位に、それぞれ接続されている。なお、トランジスタＱ３およびＱ４は、ベース同士が接続され、エミッタ面積比の値がＮとなっている。さらに、トランジスタＱ８とカレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１０は、エミッタが電源電位ＶＣＣに接続され、コレクタ電流が第２の電流Ｉ２として電流供給回路２ａから出力されている。そして、起動回路２０ａのトランジスタＱ２０は、コレクタが電源電位ＶＣＣに、エミッタが抵抗Ｒ２０を介してグランド電位に、ベースがトランジスタＱ８のベースに、それぞれ接続されている。

温度補償回路１ａは、本実施形態では、例えば、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ１、Ｑ２、ＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ６、Ｑ７、および抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で構成されている。第１のトランジスタＱ１は、ベース・エミッタ間が第３の抵抗Ｒ３で、ベース・コレクタ間が第４の抵抗Ｒ４で、それぞれ接続され、エミッタがグランド電位に、コレクタが第１の抵抗Ｒ１を介して電流供給回路１ａの出力に、それぞれ接続されている。また、ダイオード接続されたトランジスタＱ６、および第２のトランジスタＱ２は、コレクタ同士が接続され、トランジスタＱ６のエミッタが電源電位ＶＣＣに、トランジスタＱ２のエミッタが第２の抵抗Ｒ２を介してグランド電位に、トランジスタＱ２のベースが電流供給回路１ａの出力に、それぞれ接続されている。そして、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は、エミッタが電源電位ＶＣＣに接続され、コレクタ電流が第１の電流Ｉ１として温度補償回路１ａから出力されている。なお、トランジスタＱ７およびＱ６は、エミッタ面積比の値がＭとなっている。

次に、本実施形態における定電流回路の動作について説明する。以下、電流供給回路２ａおよび温度補償回路１ａの各トランジスタのベース電流は、電流Ｉ１ないしＩ５に対して十分に小さいものとする。

電流供給回路２ａにおいて、トランジスタＱ３およびＱ４のベース・エミッタ間電圧をそれぞれＶｂｅ３およびＶｂｅ４とすると、抵抗Ｒ５の両端電圧はＶｂｅ４−Ｖｂｅ３となるため、カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ８ないしＱ１０のコレクタ電流Ｉ５は、
Ｉ５＝（Ｖｂｅ４−Ｖｂｅ３）／Ｒ５
と表すことができる。また、トランジスタＱ３およびＱ４のエミッタ電流をそれぞれＩｅ３およびＩｅ４とすると、上記ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ３およびＶｂｅ４は、それぞれ
Ｖｂｅ３＝（ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｉｅ３／Ｉｓ）、
Ｖｂｅ４＝（ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｉｅ４／Ｉｓ）
で与えられることが知られている。なお、ｋ（≒１．３８×１０^−２３Ｊ／Ｋ）はボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑ（≒１．６０×１０^−１９Ｃ）は電気素量（素電荷）、ＩｓはトランジスタＱ３およびＱ４の飽和電流である。さらに、前述したように、トランジスタＱ３およびＱ４のエミッタ面積比の値がＮであるので、上記エミッタ電流Ｉｅ３およびＩｅ４の関係は、
Ｉｅ４＝Ｎ・Ｉｅ３
となる。したがって、電流供給回路２ａの出力電流Ｉ２は、
ａ＝（ｋ／ｑ）・ｌｎ（Ｎ）
となる温度Ｔに依存しない定数ａを用いて、
Ｉ２＝Ｉ５＝（１／Ｒ５）・（ｋ・Ｔ／ｑ）・ｌｎ（Ｎ）
＝（ａ／Ｒ５）・Ｔ
と表すことができる。なお、本実施形態では、電流供給回路２ａの出力電流Ｉ２は、ソース電流（吐き出し電流）となる。

なお、電流供給回路２ａは、トランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ８、およびＱ９がループ状に接続されており、各トランジスタのベースがいずれも当該ループ内で接続されている。そのため、電源投入時の各トランジスタのバイアスは不確定であり、電源の投入方法によってはいずれのトランジスタにも電流が流れず、電流供給回路２ａが起動しない場合もあり得る。本実施形態では、起動回路２０ａのトランジスタＱ２０のベースに向かってトランジスタＱ８およびＱ９のベース電流が流出することによって、電流供給回路２ａは正常に起動することができる。

温度補償回路１ａにおいて、抵抗Ｒ１およびＲ４の両端電圧をそれぞれＶＲ１およびＶＲ４とし、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ１およびトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ２が略等しくなるものとすると、抵抗Ｒ２の両端電圧ＶＲ２は、
ＶＲ２＝ＶＲ１＋ＶＲ４＋Ｖｂｅ１−Ｖｂｅ２
＝ＶＲ１＋ＶＲ４
と表すことができる。また、抵抗Ｒ４およびＲ３に流れる電流をＩ４とすると、上記両端電圧ＶＲ１およびＶＲ４は、抵抗Ｒ１およびＲ５の抵抗値比の値ｂ１（＝Ｒ１／Ｒ５）と、抵抗Ｒ４およびＲ３の抵抗値比の値ｂ２（＝Ｒ４／Ｒ３）とを用いて、それぞれ
ＶＲ１＝Ｉ２・Ｒ１＝ａ・（Ｒ１／Ｒ５）・Ｔ
＝ａ・ｂ１・Ｔ、
ＶＲ４＝Ｉ４・Ｒ４＝（Ｒ４／Ｒ３）・Ｖｂｅ１
＝ｂ２・Ｖｂｅ１
と表すことができる。ここで、抵抗Ｒ１およびＲ５が略等しい温度係数ｃ１を有するものとすると、温度Ｔにおける各抵抗値は、それぞれ
Ｒ１＝Ｒｒｅｆ１・（１＋ｃ１・Ｔ）、
Ｒ５＝Ｒｒｅｆ５・（１＋ｃ１・Ｔ）
で与えられるため、上記抵抗値比の値ｂ１は温度Ｔに依存しない定数である。したがって、上記両端電圧ＶＲ１は、温度Ｔに略比例して変化する電圧となる。同様に、抵抗Ｒ４およびＲ３が略等しい温度係数を有するものとすると、上記抵抗値比の値ｂ２も温度Ｔに依存しない定数である。したがって、上記両端電圧ＶＲ４、すなわち、トランジスタＱ１のベース・コレクタ間電圧は、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ１を温度によらず一定の比で増倍した電圧となる。さらに、トランジスタＱ１のｐｎ接合の０Ｋにおけるバンドギャップ電圧をＶｂｇ１とし、温度係数を−ｄ１とすると、上記ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ１は、
Ｖｂｅ１＝Ｖｂｇ１−ｄ１・Ｔ
で与えられる。したがって、上記両端電圧ＶＲ２は、
Ａ１＝ｂ２・Ｖｂｇ１、
Ｂ１＝ａ・ｂ１−ｂ２・ｄ１
となる温度Ｔに依存しない定数Ａ１およびＢ１を用いて、
ＶＲ２＝ｂ２・Ｖｂｇ１＋（ａ・ｂ１−ｂ２・ｄ１）・Ｔ
＝Ａ１＋Ｂ１・Ｔ
のように、温度Ｔの一次関数で表すことができる。

一方、抵抗Ｒ２には、トランジスタＱ６のコレクタ電流Ｉ３が流れるため、当該コレクタ電流Ｉ３は、
Ｉ３＝ＶＲ２／Ｒ２
となる。また、抵抗Ｒ２の温度係数をｃ２すると、温度Ｔにおける抵抗値は、
Ｒ２＝Ｒｒｅｆ２・（１＋ｃ２・Ｔ）
で与えられる。ここで、上記コレクタ電流Ｉ３を温度Ｔで微分すると、
∂Ｉ３／∂Ｔ＝（１／Ｒ２^２）・（Ｒ２・Ｂ１−Ｒｒｅｆ２・ｃ２・ＶＲ２）
＝（Ｒｒｅｆ２／Ｒ２^２）・（Ｂ１−ｃ２・Ａ１）
となる。したがって、上記コレクタ電流Ｉ３は、
Ｂ１−ｃ２・Ａ１＝ａ・ｂ１−（ｄ１＋ｃ２・Ｖｂｇ１）・ｂ２
＝０
の条件下で、温度によらず一定となる。そして、前述したように、トランジスタＱ７およびＱ６のエミッタ面積比の値がＭであるので、温度補償回路１ａの出力電流Ｉｏｕｔは、上記条件下で、
Ｉｏｕｔ＝Ｉ１＝Ｍ・Ｉ３
＝Ｍ・（Ａ１＋Ｂ１・Ｔ）／Ｒ２
＝Ｍ・ｂ２・Ｖｂｇ１／Ｒｒｅｆ２
となり、温度によらず一定となる。一例として、Ｎ＝１０、Ｖｂｇ１＝１．２Ｖ、ｄ１＝２ｍＶ／Ｋ、およびｃ２＝２０００ｐｐｍ／℃とした場合には、ａ≒０．２ｍＶ／Ｋとなるため、
ｂ１／ｂ２＝（ｄ１＋ｃ２・Ｖｂｇ１）／ａ＝２２
となるように抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５の各抵抗値を設定することによって、出力電流Ｉｏｕｔは温度によらず一定となる。また、一例として、さらにＭ＝１、ｂ２＝１０、およびＲｒｅｆ２＝１００Ωとした場合には、
ｂ１＝２２×ｂ２＝２２０
となるように抵抗Ｒ１およびＲ５の各抵抗値を設定することによって、出力電流Ｉｏｕｔは、
Ｉｏｕｔ＝Ｍ・ｂ２・Ｖｂｇ１／Ｒｒｅｆ２＝１２０ｍＡ
となり、温度によらず一定となる。

このようにして、本実施形態の温度補償回路１ａは、温度によらず一定の定電流Ｉｏｕｔを出力することができる。なお、本実施形態では、温度補償回路１ａの出力電流Ｉｏｕｔは、ソース電流となる。

＜第２実施形態＞
以下、図２を参照して、本発明の第２の実施形態における定電流回路の構成について説明する。
図２に示されている定電流回路は、電流供給回路２ｂおよび温度補償回路１ｂで構成され、第１実施形態の定電流回路に対して、極性を反転させたような構成となっている。

より具体的には、電流供給回路２ｂは、例えば、ＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ３、Ｑ４、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ８、Ｑ９、Ｑ１０、および抵抗Ｒ５と、ＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ２０および抵抗Ｒ２０で構成される起動回路２０ｂとを含んで構成されている。また、温度補償回路１ｂは、本実施形態では、例えば、ＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ１、Ｑ２、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ６、Ｑ７、および抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で構成されている。そして、トランジスタＱ１、Ｑ４、および抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ２０が電源電位ＶＣＣに、トランジスタＱ６ないしＱ１０、およびＱ２０がグランド電位に、それぞれ接続されている。

このような構成によって、本実施形態の温度補償回路１ｂは、第１実施形態の温度補償回路１ａと同様に、温度によらず一定の定電流Ｉｏｕｔを出力することができる。なお、本実施形態では、電流供給回路２ｂの出力電流Ｉ２および温度補償回路１ｂの出力電流Ｉｏｕｔは、シンク電流（吸い込み電流）となる。

＜第３実施形態＞
以下、図３を参照して、本発明の第３の実施形態における定電流回路の構成について説明する。
図３に示されている定電流回路は、第１実施形態の電流供給回路２ａが、電流供給回路２ｃとなっている。

電流供給回路２ｃは、例えば、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ３、Ｑ４、ＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ８、Ｑ９、Ｑ１０、および抵抗Ｒ５と、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ２０および抵抗Ｒ２０で構成される起動回路２０ａとを含んで構成されている。ダイオード接続されたトランジスタＱ８、および第３のトランジスタＱ３は、コレクタ同士が接続され、それぞれのエミッタが電源電位ＶＣＣおよびグランド電位に接続されている。また、トランジスタＱ８とカレントミラー回路を構成するトランジスタＱ９、および第４のトランジスタＱ４は、コレクタ同士が第５の抵抗Ｒ５を介して接続され、それぞれのエミッタが電源電位ＶＣＣおよびグランド電位に接続されている。なお、トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ５およびトランジスタＱ４のコレクタの接続点に接続され、トランジスタＱ４のベースは、トランジスタＱ９のコレクタおよび抵抗Ｒ５の接続点に接続され、トランジスタＱ３およびＱ４のエミッタ面積比の値は、Ｎとなっている。さらに、トランジスタＱ８とカレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１０は、エミッタが電源電位ＶＣＣに接続され、コレクタ電流が第２の電流Ｉ２として電流供給回路２ｃから出力されている。そして、起動回路２０ａのトランジスタＱ２０は、コレクタが電源電位ＶＣＣに、エミッタが抵抗Ｒ２０を介してグランド電位に、ベースがトランジスタＱ８のベースに、それぞれ接続されている。

次に、本実施形態における定電流回路の動作について説明する。
電流供給回路２ｃにおいて、トランジスタＱ３およびＱ４のベース・エミッタ間電圧をそれぞれＶｂｅ３およびＶｂｅ４とすると、抵抗Ｒ５の両端電圧はＶｂｅ４−Ｖｂｅ３となるため、カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ８ないしＱ１０のコレクタ電流Ｉ５は、
Ｉ５＝（Ｖｂｅ４−Ｖｂｅ３）／Ｒ５
と表すことができる。また、前述したように、トランジスタＱ３およびＱ４のエミッタ面積比の値がＮであるので、第１実施形態の場合と同様に計算すると、電流供給回路２ｃの出力電流Ｉ２、および温度補償回路１ａの抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１は、それぞれ
Ｉ２＝Ｉ５＝（ａ／Ｒ５）・Ｔ、
ＶＲ１＝Ｉ２・Ｒ１＝ａ・ｂ１・Ｔ
と表すことができる。なお、本実施形態では、電流供給回路２ｃの出力電流Ｉ２は、ソース電流となる。

このようにして、本実施形態の電流供給回路２ｃは、温度補償回路１ａに電流Ｉ２を供給し、第１実施形態の場合と同様に、温度Ｔに略比例して変化する抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１を発生させる。したがって、温度補償回路１ａは、温度によらず一定の定電流Ｉｏｕｔを出力することができる。なお、第２実施形態の場合と同様に、電流供給回路２ｃに対して、極性を反転させたような構成の電流供給回路を用いることによって、温度補償回路１ａの代わりに温度補償回路１ｂを用いることができる。

＜第４実施形態＞
以下、図４を参照して、本発明の第４の実施形態における定電流回路の構成について説明する。
図４に示されている定電流回路は、第１実施形態の電流供給回路２ａが、電流供給回路２ｄとなっている。

電流供給回路２ｄは、例えば、基準電圧発生回路２１ａ、起動回路２０ａ、ＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ５、および抵抗Ｒ６を含んで構成されている。基準電圧発生回路２１ａおよび起動回路２０ａは、第１実施形態の電流供給回路２ａに対して、カソードがグランド電位に接続されるダイオードＤ１と、両端がトランジスタＱ１０のコレクタおよびダイオードＤ１のアノードに接続される抵抗Ｒ９とが追加され、特許文献１の図３と同様の構成となっている。なお、トランジスタＱ１０のコレクタおよび抵抗Ｒ９の接続点の電圧は、基準電圧発生回路２１ａの出力電圧Ｖｒｅｆ１となっている。また、第５のトランジスタＱ５は、エミッタが第６の抵抗Ｒ６を介して電源電位ＶＣＣに接続され、ベースが基準電圧発生回路２１ａの出力に接続され、コレクタ電流が第２の電流Ｉ２として電流供給回路２ｄから出力されている。

次に、本実施形態における定電流回路の動作について説明する。
電流供給回路２ｄにおいて、前述したように、基準電圧発生回路２１ａの出力電圧Ｖｒｅｆ１は、抵抗Ｒ９の両端電圧ＶＲ９が有する正の温度係数を、ダイオードＤ１の順方向降下電圧ＶＤが有する負の温度係数の絶対値と等しくすることによって、温度によらず一定となる。また、電源電位ＶＣＣを基準とした基準電圧発生回路２１ａの出力電圧を−Ｖｒｅｆ２（＝Ｖｒｅｆ１−ＶＣＣ）とし、トランジスタＱ５のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ５とすると、抵抗Ｒ６の両端電圧はＶｒｅｆ２−Ｖｂｅ５となるため、電流供給回路２ｄの出力電流Ｉ２は、
Ｉ２＝（Ｖｒｅｆ２−Ｖｂｅ５）／Ｒ６
と表すことができる。さらに、トランジスタＱ５のｐｎ接合の０Ｋにおけるバンドギャップ電圧をＶｂｇ５とし、温度係数を−ｄ５とすると、上記ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ５は、
Ｖｂｅ５＝Ｖｂｇ５−ｄ５・Ｔ
で与えられる。したがって、電流供給回路２ｄの出力電流Ｉ２は、
Ｖｒｅｆ０＝Ｖｒｅｆ２−Ｖｂｇ５
となる温度Ｔに依存しない定数Ｖｒｅｆ０を用いて、
Ｉ２＝［Ｖｒｅｆ２−（Ｖｂｇ５−ｄ５・Ｔ）］／Ｒ６
＝（Ｖｒｅｆ０＋ｄ５・Ｔ）／Ｒ６
と表すことができる。なお、本実施形態では、電流供給回路２ｄの出力電流Ｉ２は、ソース電流となる。

温度補償回路１ａにおいて、抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１は、抵抗Ｒ１およびＲ６の抵抗値比の値ｂ３（＝Ｒ１／Ｒ６）を用いて、
ＶＲ１＝Ｉ２・Ｒ１＝（Ｒ１／Ｒ６）・（Ｖｒｅｆ０＋ｄ５・Ｔ）
＝ｂ３・（Ｖｒｅｆ０＋ｄ５・Ｔ）
と表すことができる。ここで、抵抗Ｒ１およびＲ６が略等しい温度係数を有するものとすると、上記抵抗値比の値ｂ３は温度Ｔに依存しない定数である。したがって、上記両端電圧ＶＲ１は、温度Ｔの一次関数で表される電圧、すなわち、温度Ｔに略比例して変化する電圧となる。また、第１実施形態の場合と同様に計算すると、抵抗Ｒ２の両端電圧ＶＲ２は、
Ａ２＝ｂ３・Ｖｒｅｆ０＋ｂ２・Ｖｂｇ１、
Ｂ２＝ｂ３・ｄ５−ｂ２・ｄ１
となる温度Ｔに依存しない定数Ａ２およびＢ２を用いて、
ＶＲ２＝ＶＲ１＋ＶＲ４
＝ｂ３・（Ｖｒｅｆ０＋ｄ５・Ｔ）＋ｂ２・（Ｖｂｇ１−ｄ１・Ｔ）
＝Ａ２＋Ｂ２・Ｔ
のように、温度Ｔの一次関数で表すことができる。さらに、第１実施形態の場合と同様に、トランジスタＱ６のコレクタ電流Ｉ３を温度Ｔで微分すると、
∂Ｉ３／∂Ｔ＝（１／Ｒ２^２）・（Ｒ２・Ｂ２−Ｒｒｅｆ２・ｃ２・ＶＲ２）
＝（Ｒｒｅｆ２／Ｒ２^２）・（Ｂ２−ｃ２・Ａ２）
となる。したがって、上記コレクタ電流Ｉ３は、
Ｂ２−ｃ２・Ａ２＝（ｄ５−ｃ２・Ｖｒｅｆ０）・ｂ３
−（ｄ１＋ｃ２・Ｖｂｇ１）・ｂ２
＝０
の条件下で、温度によらず一定となる。そして、前述したように、トランジスタＱ７およびＱ６のエミッタ面積比の値がＭであるので、温度補償回路１ａの出力電流Ｉｏｕｔは、上記条件下で、
Ｉｏｕｔ＝Ｉ１＝Ｍ・Ｉ３
＝Ｍ・（Ａ２＋Ｂ２・Ｔ）／Ｒ２
＝Ｍ・ｂ２・（ｄ５・Ｖｂｇ１＋ｄ１・Ｖｒｅｆ０）
／［Ｒｒｅｆ２・（ｄ５−ｃ２・Ｖｒｅｆ０）］
となり、温度によらず一定となる。一例として、ＶＣＣ＝３Ｖ、Ｖｒｅｆ１＝１．８Ｖ、Ｖｂｇ１＝Ｖｂｇ５＝１．２Ｖ、ｄ１＝ｄ５＝２ｍＶ／Ｋ、およびｃ２＝２０００ｐｐｍ／℃とした場合には、Ｖｒｅｆ０＝０Ｖとなるため、
ｂ３／ｂ２＝（ｄ１＋ｃ２・Ｖｂｇ１）／ｄ５＝２．２
となるように抵抗Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ６の各抵抗値を設定することによって、出力電流Ｉｏｕｔは温度によらず一定となる。また、一例として、さらにＭ＝１、ｂ２＝１０、およびＲｒｅｆ２＝１００Ωとした場合には、
ｂ３＝２．２×ｂ２＝２２
となるように抵抗Ｒ１およびＲ６の各抵抗値を設定することによって、出力電流Ｉｏｕｔは、
Ｉｏｕｔ＝Ｍ・ｂ２・Ｖｂｇ１／Ｒｒｅｆ２＝１２０ｍＡ
となり、温度によらず一定となる。

このようにして、本実施形態の温度補償回路１ａは、温度によらず一定の定電流Ｉｏｕｔを出力することができる。

＜第５実施形態＞
以下、図５を参照して、本発明の第５の実施形態における定電流回路の構成について説明する。
図５に示されている定電流回路は、第２実施形態の電流供給回路２ｂが、電流供給回路２ｅとなっている。

電流供給回路２ｅは、例えば、基準電圧発生回路２１ｂ、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ５、および抵抗Ｒ６を含んで構成されている。基準電圧発生回路２１ｂは、例えば、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ１１、抵抗Ｒ５、Ｒ７、Ｒ８、および電流源Ｓ１を含んで構成され、特許文献１の図４と同様の構成となっている。ダイオード接続されたトランジスタＱ４は、一端が電源電位ＶＣＣに接続された電流源Ｓ１から抵抗Ｒ８を介してコレクタに電流が供給され、エミッタがグランド電位に接続されている。また、トランジスタＱ３は、電流源Ｓ１から抵抗Ｒ７を介してコレクタに電流が供給され、エミッタが抵抗Ｒ５を介してグランド電位に、ベースがトランジスタＱ４のベースに、それぞれ接続されている。さらに、トランジスタＱ１１は、電流源Ｓ１からコレクタに電流が供給され、エミッタがグランド電位に、ベースが抵抗Ｒ７およびトランジスタＱ３のコレクタの接続点に、それぞれ接続されている。なお、抵抗Ｒ８、Ｒ７、およびトランジスタＱ１１のコレクタの接続点の電圧は、基準電圧発生回路２１ｂの出力電圧Ｖｒｅｆ２となっている。そして、第５のトランジスタＱ５は、エミッタが第６の抵抗Ｒ６を介してグランド電位に接続され、ベースが基準電圧発生回路２１ｂの出力に接続され、コレクタ電流が第２の電流Ｉ２として電流供給回路２ｅから出力されている。

次に、本実施形態における定電流回路の動作について説明する。
電流供給回路２ｅにおいて、基準電圧発生回路２１ｂの抵抗Ｒ７の両端電圧をＶＲ７とし、トランジスタＱ１１のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ１１とすると、基準電圧発生回路２１ｂの出力電圧Ｖｒｅｆ２は、
Ｖｒｅｆ２＝ＶＲ７＋Ｖｂｅ１１
となり、上記両端電圧ＶＲ７が有する正の温度係数を、上記ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ１１が有する負の温度係数の絶対値と等しくすることによって、第４実施形態の電流供給回路２ｄの出力電圧Ｖｒｅｆ１と同様に、温度によらず一定となる。また、トランジスタＱ５のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ５とすると、抵抗Ｒ６の両端電圧はＶｒｅｆ２−Ｖｂｅ５となるため、電流供給回路２ｅの出力電流Ｉ２は、
Ｉ２＝（Ｖｒｅｆ２−Ｖｂｅ５）／Ｒ６
と表すことができる。したがって、第４実施形態の場合と同様に計算すると、電流供給回路２ｅの出力電流Ｉ２、および温度補償回路１ｂの抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１は、それぞれ
Ｉ２＝（Ｖｒｅｆ０＋ｄ５・Ｔ）／Ｒ６、
ＶＲ１＝Ｉ２・Ｒ１＝ｂ３・（Ｖｒｅｆ０＋ｄ５・Ｔ）
と表すことができる。なお、本実施形態では、電流供給回路２ｅの出力電流Ｉ２は、シンク電流となる。

このようにして、本実施形態の電流供給回路２ｅは、温度補償回路１ｂに電流Ｉ２を供給し、第４実施形態の場合と同様に、温度Ｔに略比例して変化する（温度Ｔの一次関数で表される）抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１を発生させる。したがって、温度補償回路１ｂは、温度によらず一定の定電流Ｉｏｕｔを出力することができる。

前述したように、温度補償回路１ａおよび１ｂにおいて、抵抗Ｒ１の両端をトランジスタＱ１のコレクタおよびトランジスタＱ２のベースに、抵抗Ｒ２の両端をトランジスタＱ１およびＱ２のエミッタに、それぞれ接続し、同一導電型のトランジスタＱ１およびＱ２のベース・エミッタ間電圧を略等しくし、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧およびベース・コレクタ間電圧を所定の比とし、トランジスタＱ２のベースおよび抵抗Ｒ１の接続点に温度に略比例して変化する抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１を発生させる電流Ｉ２を供給することによって、トランジスタＱ２のコレクタ電流Ｉ３に応じて、温度補償された電流Ｉ１（Ｉｏｕｔ）を出力することができる。

また、略等しい温度係数を有する抵抗Ｒ３およびＲ４の両端を、それぞれトランジスタＱ１のベース・エミッタ間およびベース・コレクタ間に接続することによって、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧およびベース・コレクタ間電圧の比を温度によらず一定とすることができる。

また、図１ないし図３に示したように、エミッタ面積が異なるトランジスタＱ３およびＱ４のベース・エミッタ間電圧の差電圧を、抵抗Ｒ１と略等しい温度係数を有する抵抗Ｒ５の両端に印加し、抵抗Ｒ５に流れる電流Ｉ５に応じて、電流Ｉ２を温度補償回路１ａまたは１ｂに供給することによって、温度に略比例して変化する抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１を発生させることができる。

また、図４および図５に示したように、抵抗Ｒ１と略等しい温度係数を有する抵抗Ｒ６に、温度補償された基準電圧がベースに印加されるトランジスタＱ５のエミッタ電流を流し、トランジスタＱ５のコレクタ電流を、電流Ｉ２として温度補償回路１ａまたは１ｂに供給することによっても、温度に略比例して変化する抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１を発生させることができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。

上記第１ないし第３実施形態では、温度補償回路１ａまたは１ｂに電流Ｉ２を供給し、温度に略比例して変化する抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１を発生させる電流供給回路の構成例として、図１ないし図３において電流供給回路２ａないし２ｃを示したが、これに限定されるものではない。他の構成の電流供給回路であっても、エミッタ面積が異なる一対のトランジスタのベース・エミッタ間電圧の差電圧を、抵抗Ｒ１と略等しい温度係数を有する抵抗の両端に印加し、当該抵抗に流れる電流に応じて電流Ｉ２を供給すれば、抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１は、温度に略比例して変化する電圧となる。なお、電流Ｉ２を供給する電流供給回路は、温度補償回路１ａを用いる場合には電流Ｉ２としてソース電流を供給し、温度補償回路１ｂを用いる場合には電流Ｉ２としてシンク電流を供給するよう、電流供給回路２ａおよび２ｂのように、極性を反転させた構成に適宜変更され得る。

上記第４および第５実施形態では、温度補償回路１ａまたは１ｂに電流Ｉ２を供給し、温度に略比例して変化する抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１を発生させる電流供給回路の構成例として、図４および図５において電流供給回路２ｄおよび２ｅを示したが、これに限定されるものではない。他の構成の電流供給回路であっても、抵抗Ｒ１と略等しい温度係数を有する抵抗に、温度補償された基準電圧がベースに印加されるトランジスタのエミッタ電流を流し、当該トランジスタのコレクタ電流を電流Ｉ２として供給すれば、抵抗Ｒ１の両端電圧ＶＲ１は、温度に略比例して変化する（温度の一次関数で表される）電圧となる。なお、電流Ｉ２を供給する電流供給回路は、温度補償回路１ａを用いる場合には電流Ｉ２としてソース電流を供給し、温度補償回路１ｂを用いる場合には電流Ｉ２としてシンク電流を供給するよう、電流供給回路２ｄおよび２ｅのように、トランジスタＱ５および抵抗Ｒ６の極性を反転させた構成に適宜変更され得る。また、温度補償された基準電圧を発生する基準電圧発生回路は、一例として図４および図５に示したようなバンドギャップ回路を含むものに限定されない。

上記実施形態では、各トランジスタがいずれもバイポーラトランジスタとなっているが、これに限定されるものではない。例えば、バイポーラトランジスタとしてはＰＮＰ型またはＮＰＮ型の何れかのみを用い、それ以外のトランジスタをＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor：金属酸化膜半導体）トランジスタとすることによって、本発明の定電流回路を集積回路として構成する場合に、ＣＭＯＳ（Complementary MOS：相補形金属酸化膜半導体）プロセスを用いることが可能となる。より具体的には、一例として、図１に示した定電流回路において、トランジスタＱ６ないしＱ１０をＰチャネルＭＯＳトランジスタとした場合、ＣＭＯＳプロセスにおいて、ＭＯＳトランジスタとともに、例えば、ｎ型半導体基板をコレクタとし、ｎ型半導体基板に形成されるｐ型ウェル層およびｐ型ウェル層にさらに形成されるｐ型拡散層をベースとし、ｐ型ウェル層に形成されるｎ型拡散層をエミッタとした、サブストレート型のＮＰＮバイポーラトランジスタを同時に形成することができる。

本発明の第１実施形態における定電流回路の構成を示す回路ブロック図である。本発明の第２実施形態における定電流回路の構成を示す回路ブロック図である。本発明の第３実施形態における定電流回路の構成を示す回路ブロック図である。本発明の第４実施形態における定電流回路の構成を示す回路ブロック図である。本発明の第５実施形態における定電流回路の構成を示す回路ブロック図である。一般的な基準電圧発生回路の構成の一例を示す回路ブロック図である。一般的な電流供給回路の構成の一例を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ温度補償回路
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ６、Ｑ７トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４抵抗
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ電流供給回路
２０ａ、２０ｂ起動回路
２１ａ、２１ｂ基準電圧発生回路
Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ８、Ｑ９、Ｑ１０、Ｑ１１、Ｑ２０トランジスタ
Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ２０抵抗
Ｄ１ダイオード
Ｓ１電流源

Claims

温度補償された第１の電流を出力する温度補償回路と、
前記温度補償回路に第２の電流を供給する電流供給回路と、
を備え、
前記温度補償回路は、
ベース・エミッタ間電圧を所定の比で増倍したベース・コレクタ間電圧を発生する第１のトランジスタを含む電圧増倍回路と、
ベース・エミッタ間電圧が前記第１のトランジスタのベース・エミッタ間電圧と略等しくなる、前記第１のトランジスタと同一導電型の第２のトランジスタと、
一端が前記第１のトランジスタのコレクタと接続され、他端が前記第２のトランジスタのベースに接続される第１の抵抗と、
一端が前記第１のトランジスタのエミッタと接続され、他端が前記第２のトランジスタのエミッタに接続される第２の抵抗と、
を有し、
前記第１の電流は、前記第２のトランジスタのコレクタ電流に応じて出力され、
前記第２の電流は、前記第２のトランジスタのベースと前記第１の抵抗との接続点に供給され、前記第１の抵抗の両端に温度に略比例して変化する電圧を発生させることを特徴とする定電流回路。
前記電圧増倍回路は、
両端が前記第１のトランジスタのベース・エミッタ間に接続される第３の抵抗と、
前記第３の抵抗と略等しい温度係数を有し、両端が前記第１のトランジスタのベース・コレクタ間に接続される第４の抵抗と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の定電流回路。
前記電流供給回路は、
エミッタ面積が異なる第３および第４のトランジスタと、
前記第１の抵抗と略等しい温度係数を有し、両端に前記第３および第４のトランジスタのベース・エミッタ間電圧の差電圧が印加される第５の抵抗と、
を有し、
前記第２の電流は、前記第５の抵抗に流れる電流に応じて供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定電流回路。
前記電流供給回路は、
温度補償された所定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
ベースに前記基準電圧が印加される第５のトランジスタと、
前記第１の抵抗と略等しい温度係数を有し、前記第５のトランジスタのエミッタ電流が流れる第６の抵抗と、
を有し、
前記第２の電流は、前記第５のトランジスタのコレクタ電流であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定電流回路。