JPS607846B2 - カレントミラ−回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ＩＣ化に好適なカレントミラー回路に関
する。

先ず、第１図を参照して、従来の一のカレントミラー回
路について説明する。

Ｑ，，Ｑ２及びＱ３は夫々ＮＰＮ形トランジスタ、十Ｂ
は電源、１は電流源回路（入力電流１，を発生する）、
２は出力電流らの得られる出力端子である。トランジス
タＱ，のェミッ夕が接地され、コレクタが電流源回路１
を通じて電源＋Ｂに接続される。

トランジスタＱ２のェミッタが接地され、そのコレクタ
及びベースが互いに接続され、その後続点がトランジス
タＱ，のベースに接続される。トランジスタＱ３のエミ
ツタがトランジスタＱ，，Ｑ２の各ベースに共通に接続
され、ベースがトランジスタＱ，のコレクタに接続され
、コレクタが出力端子２に接続される。ｏ 次にこの第
１図のカレントミラー回路について入、出力電流１，，
１２１こついて検討する。

先ず、トランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ３のェミッタ接地電
流増幅率をｈｆｅ、トランジスタＱ，，Ｑ２のベース電
流をｉｂとする。かくすると、トランジスタＱのベース
タ電流ｉ＆‘ま次式の如く表わされる。．均＝申申子‐
ｉｂ……‘１｝ 又、入力電流１，は次式の如く表わされる。

。・．＝ｈもｅ手ｅ筆事十２‐ｉｂ……【２１更に出力
電流１２（トランジスタＱ３のコレクタ電流）は次式の
如く表わされる。・２＝ｈ毛；十空ｆｅ‐ｉｂ‐‐‐‐
‐‐‘３１■，‘３’式からち‘ま次式の如く表わされ
る。

２＝ｈ史≧毒害辛２‐１・…イ４１ かくして、‘４’式から第１図の回路は、電流伝達比１
２／１，が略１のカレントミラー回路で、ｈｆｅの変化
に拘わらず１２／１，がかなり１に近いものであるが、
【４｝式の分母、分子のｈｆｅの０次の項が一致しない
ので、多少の不満が残る。

次に、第２図を参照して、従来の他のカレントミラー回
路について説明するも、第２図に於いて第１図と対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この第２図のカレントミラー回路では、第１図の回路に
於いて、トランジスタＱのコレクタを電源＋Ｂに接続す
ると共に、トＺランジスタＱ２のコレクタとべ‐スとの
接続を断ち、そのコレクタを出力端子２に接続した場合
である。次にこの第２図のカレントミラー回路について
入、出力電流１，，１２もこついて検討する。

先ず、トＺランジスタＱ．，Ｑ２，Ｑ３のェミッタ接地
電流増幅率をｈｆｅ、トランジスタＱ，，Ｑ２のベース
電流をｉｂとする。かくすると、トランジスタＱのベー
ス電流ｉ凶は次式の如く表わされる。地＝ｈご勺・・ｂ
……【５’ ２ 又、入力電流１，は次式の如く表わされる。

，．＝ｈ２ｆｅ＋ｈｆｅ＋２ ．ｈｆｅ＋１ ・ｌｂ
・・・・・・‘６｝更に出力電流１２（トランジスタ
Ｑ２のコレクタ電２流）は次式の如く表わされる。

１２＝ｈｆｅ・１ｂ ”””｛７１
‘６’，｛７｝式からいま次式の如く表わされる。

・２＝ｈ史辛苦書学２‐１・‐‐‐‐‐‐‘８１
３かくして、【８）式から第２図の回路も、電流伝達比
１２／１，が略１のカレントミラー回路で、ｈｒｅの変
化に拘わらず、１２／１，がかなり１に近いものである
が、この回路とても式（８’の分母、分子のｈｆｅの０
次の項が一致しないので、やはり多少の不満が残る。但
し、｛４’式と‘８｝式とでは、その分母及び分子のｈ
ｆｅの１次の項の係数が夫々２，１なので、１２／１，
の１に対する精度は第１図の回路の方が第２図の回路よ
り高い。又、第２図の回路ではトランジスタＱ，，Ｑ２
のベース電流の逃げ道がないので、入力電流１，がかな
り高周波を以つて変化する場合は、トランジスタＱ，，
Ｑ２の蓄積遅れ時間の影響により、出力電流１２が入力
電流１，に追従して変化できないという欠点がある。

この点、第１図の回路は問題がない。さて、上述の第１
図及び第２図の回路は、１２／１，が略１となるように
構成されているので、１２／１，の１に対する精度はか
なり高いが、上述したように禾だ不十分である。

又、上述の第１図及び第２図の回路は、電流伝達比１２
／１，が１に限られ、任意の値をとることができない。

かかる点に鑑み、本発明は電流伝達比が１及びその他の
任意の値に於いて常に高精度となる（入力電流が高周波
であっても）カレントミラー回路を提供せんとするもの
である。そこで、本発明者は第３図のようなカレントミ
ラー回路を考えた。

以下にこの回路について説明するが、第３図に於いて上
述の第１図及び第２図と対応する部分には同一符号を付
して説明する。トランジスタＱ，，Ｑ２の各ェミッタが
基準電位点（接地）に接続され、トランジスタＱ，のコ
レクタが入力電流１，の電流源回路１を通じて電源＋Ｂ
に接続されると共に、そのコレクタがトランジスタＱ２
のベースに接続される。トランジスタＱ３のコレクタが
電源十Ｂに接続されると共に、そのェミツタがトランジ
スタＱ４のコレク夕及びベース並びにトランジスタＱ６
のベースに接続される。トランジスタＱ２のコレクタが
出力電流１２の得られる出力端子２及びトランジスタＱ
５のベースに接続される。トランジスタＱ５のコレクタ
が電源十Ｂに後続されると共に、ェミツタがトランジス
タＱのコレクタに接続される。トランジスタＱ４，Ｑの
各ェミツタがトランジスタＱ，，Ｑ２の各ベースに接続
される。そして、トランジスタＱ，，Ｑ２の各ェミツタ
の面積比（又は個数の比）、即ちそのヱミッ夕電流比を
１：ｎに選定する。

かくして、トランジスタＱ，，Ｑ２のベース電流ｉｂ，
，ｉ協の比は次式の如く規定される（但しｎは係数であ
る）。ｉｂ．：ｉｂ２＝１：ｎ ・・・・
・・【９｝又、トランジスタＱ４，Ｑ６の各ェミツタの
面積比（又は個数の比）、即ちそのェミッタ電流比をｐ
：ｑに選定する。

かくして、トランジスタＱ，Ｑ６のェミッタ電流ｉｅ４
，ｉｅ６は次式の如く規定される（但し、ｐ，ｑは係数
である）。，凶＝（ｉｂ，十ｉｂ２２ ……（１０）Ｐ
＋ｑ ，瀞＝山中凶 …”（１１） Ｐ＋ｑ 次にこの第３図のカレントミラー回路の入、出力電流１
，，１２について検討する。

先ずトランジスタＱ，のベース電流ｉｂ，を仮りに次式
の如く定める。

ｌｂｌ＝ｌｂ ・…・・（１２）かくする
と、‘９｝，（１２）式からトランジスタＱ２のベース
電流ｉ均は次式の如く表わされる。

１蛇ニｎｉｂ ……（１３）（１２），
（１３）式から，トランジスタＱ，，Ｑ２のコレクタ電
流ｉｃ，，ｉｃ２は夫々次式の如く表わされる。

ｌｃ，＝ｈｆｅ・ｌｂ ……（１４）・戊ニ
ｎｈｆｅ・ｌｂ ……（１５）（１０），
（１１），（１２），（１３）式からトランジスタＱ，
Ｑ６のェミッタ電流ｉｅ４，ｉｅ６は次式の如く表わさ
れる。

＝ｉｅ４く主−≦貴９・ｉｂ‐‐‐‐‐‐（１６）．＄
＝■音十￥凶‐ｉｂ……（１７）（１６）式からトラン
ジスタＱのベース電流ｉｂ４は次式の如く表わされる。

（ｎ＋１）ｐ ＩＭ＝（ｐ＋ｑ）■ｆｅ＋・）・ｌｂ ……（１８）（
１８）式からトランジスタＱ４のコレクタ電流ｉ凶は次
式の如く表わされる。

触＝（；辛苦憲章≧．）‐・ｂ……（１９）（１７）式
から、トランジスタＱ６のベース電流ｉ的は次式の如く
表わざれる。

． （ｎ＋１匁 ． ＝１的＝（ｐ＋ｑ）比ｆｅ＋・）・１ｂ ……（２０）
（１８），（１９），（２０）式からトランジスタＱの
ェミッタ電流ｉ協は次式の如く表わされる。

ｎ＋ ｑ ．・斑＝ｉ舷十ｉの十ｉ船＝■三芳声三
．）‐ｉｂ＋■害毒送呈害．）‐ｉｈ＋■＋ｑ）（ｈね
＋．）‐・ｂ（ｎ＋１）ｐｈｆ８十（ｎ＋１）（ｐ＋ｑ
）．ｉｂ ．．．．．．（２１）〇十ｑ）仇ｆｅ＋１）
（２１）式から、トランジスタＱ３のベース電流ｉ舷は
次式の如く表わされる。

（ｎ＋１）ｐｈｆｅ＋■＋ＩＸｐ＋ｑ）．ｉｂｌ的＝
■＋ｑ）仇２ｆｅ＋か？ｅ＋１） ＊（
１４），（２２）式から、入力電流１，１ま次式の如く
表わされる。

１，＝ｉ。

，十ｉ的＝（ｐ＋ｑ）ｈ３ｒｅ＋Ｘｐ＋ｑ）ｈｆｅ＋
ｎ＋２Ｐ＋ｑ ｒｅ ｎ ｑ ．，ｂ ……（
２３）０十ｑ）仇２ね＋狐ｆｅ＋１）他方（２０）式か
らトランジスタ公のェミッタ電流ｉ簿‘ま次式の如く表
わされる。

．歯＝（三辛苦殻申；芋．）‐・ｂ……く２４）式（２
４）からトランジスタＱのベース電流ｉ協三※は次式の
如く表わされる。

（ｎ＋１匁ｈｆｅ ｌｂ５＝○十ｑ）仇２ｆｅ＋心ｆｅ＋・）・ ｌｂ …
・・・（２５）（１５），（２５）式から出力電流１２
は次式の如く表わされる。

，２＝ｉＣ２十ｉ艦＝ｎ■＋ｑ）ｈ３ｆｅ＋か（ｐ十ｑ
汎２ね＋｛ｎｐ＋（幼＋１匁｝ ｈｆｅ．ｉｂ ……（
２６）（ｐ＋ｑ）（ｈ２ｆｅ＋水ｆｅ十１）従って、（
２３），（２６）式から、１２は次式の如く 表わさ
れる。

ｈ３ｆｅＬ２ｈ２ｆｅ＋ｎｐ＋（２ｎ＋・）ｑ ｈｆｅ
１２＝ｎ． ｎ（ｐ＋ｑ）
１， ．…．．．．．（２７）ｈ３ｆｅ＋２ｈ２
ｆｅ＋ ｎ（ｎ＋２）ｐ＋ｎｑｈｆｅ＋くｎ＋・）ｎ（
ｐ＋ｑ）従って、１２／１，がなるべくｎに近づくよう
にするためには、ｈｆｅの１次の項の係数が次式の如く
等しくなれば良い。

ｎｐ＋（幼＋１）ｑ ｎ（ｎ＋２ｐ＋ｎ四 ……（２
８）ｎ■＋ｑ） ｎ（ｐ＋ｑ）（２８）式を解くと
、ｐ，ｑの関係は次式の如く表わされる。

ｑ＝ｎＰ ……（２９） そこで、本発明では上述した第３図に示す如きカレント
ミラー回路に於いて、トランジスタＱ，，Ｑ２，Ｑ４，
Ｑ６の各ヱミッタの面積比（又は個数の比）、即ちその
ェミッタ電流比を次式の如く選定する。

１：ｎ：ｐ：ｎｐ ・・・・・・（２９′）そ
して、（２９）式を（２７）式に代入すると次式が得ら
れる。

ｈ３ｆｅ２ｈ２ｆｅ＋水ｆｅ １２！ｎ：ｈ３ｆｅ＋水ｆｅ＋かｆｅ＋（ｎ＋・）・１
，・…．・（３ｏ）この（３０）式では、分数の分母、
分子のｈｆｅの係数が３，２，１次の項に於いていずれ
も等しいが、０次の項は異なる。

次に、例えば、ｐ＝１，ｎ＝２、従ってｑ：２の場合の
具体回路を第４図に示す。

この場合は、トランジスタＱ，が１個のトランジスタか
ら構成され、トランジスタＱ２が並列接続された２つの
トランジスタＱ２，，Ｑ２２から構成され、トランジス
タＱ６が並列接続されたトランジスタＱ６，，Ｑ６２か
ら構成されることになる。この場合は、トランジスタＱ
，，Ｑａ，Ｑ２２のベース電流はいずれもｉｂとなる。
又、トランジスタＱ４，Ｑ，，Ｑ斑のェミッタ電流は（
１６），（１７）式からいずれもｉｂとなる。
３尚、‘９）式‘こ於し
、て、ｎを砦とおくと肌式‘ま次式の如く表わされる。
ｉｂ，：ｉｂ２＝１：生 ，．．，．．（３１）ｎ・
− ３そこで、ｎ，ｌｂ
，，ｎ，ｉｂ２を夫々ｒｂ，，ｒ蛇と置くと（３１）式
は次式の如く表わされる。

ｒｂｌ：ｉ′泣ニｎｌ：ｎ２ ……（３２）
又、（１０），（１１）式は夫々次式の如く表わされる
。

４Ｑ′ｂｌ＋ｉ
′協）ｐ１笛ニ ｎｌ（ｐ＋ｑ） ……（３３） 。

′ｂ，十ｉ′雌匁 ．．．．．．（３４）１＄＝ｎ，（
ｐ＋ｑ）この場合は、（１２）式は次式の如く定めれば
よい。

ｊ′ｂ，＝ｎ，ｌｂ ・・・・・・（３
５）従って、（１３）式は次式の如く表わされる。

ｉ′ｂ２＝ｎ２１ｂ ・・・・・・（３
６）ごて、この場合の（２７），（２９），（３０）式
に相当するもの‘ま、（２７），（２９），（３０）式
の化申を代入すれば得られるが、特に（２９）式に対応
する式を示すと次式の通りである。ｑ＝守ｐ……（３７
） 例えばｐ＝１，ｎ，＝２，ｎ２＝３従ってｑ＝１．５と
すれば、第３図の回路はトランジスタＱ，，Ｑ４が夫々
並列接続された２個のトランジスタから構成され、トラ
ンジスタＱ２，Ｑ６が夫々並列接続された３個のトラン
ジスタから構成されることになる。

次に第５図に示す如く、上述の第３図のカレントミラー
回路に於いて、トランジスタＱ７を追加し、そのコレク
タ及びベースをトランジスタＱ，，Ｑ２の各ベースに接
続し、ヱミッタを接地した場合のカレントミラー回路に
ついて説明する。

尚、第５図に於いて、第３図と対応する部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。そして、トランジスタ
Ｑ．，Ｑ７の各ェミッタの面積比（又は個数の比）、即
ちそのェミッタ電流比を１：ｒに選定する。

トランジスタＱ７のベース電流ｉｂ７は次式の如く規定
される（但しｒは係数である）。ｌｂ？＝ｒ・ｌｂ
・・・・・・（３８）かくすると、トランジ
スタＱ７のコレクタ電流ｉのは次式の如く表わされる。

ｌｃ？＝ｒｈｆｅ・ｌｂ ・・・・・・（３
９）又、トランジスタＱ，，Ｑ２のベース電流ｉｂ，，
ｉｂ２の比は‘９｝式と同機に次式の如く規定される（
但しｎは係数である）。

ｉｂ，：ｉｂ２＝１：ｎ ・・・・・・（４０）
又、トランジスタＱ４，Ｑ６のェミツタ電流ｉｅ４，ｉ
＄‘ま（１０）式と同様に次式の如く規定される（但し
、ｐ，ｑは係数である）。

・乳ニ（ｉｂｌ十ｉｂ２十ｉｂ７十ｊＣ７）ｐ ……（
４１）Ｐ＋ｑ，＄＝（ｉｂ，十ｌｂ２十ｌｂ７十ｌｃ７
凶Ｐ＋ｑ．・・．・・（４２） 次にこの第５図のカレントミラー回路の入、出力電流１
，，１２について検討する。

（１２），（１３），（３８），（３９），（４１），
（４２）式からトランジスタＱ，Ｑ６のェミツタ電流ｉ
ｅ４， ｉｅ６は次式の如く表わされる。

※ｉ母二｛（ｎ＋・）＋ｒ■ｆｅ
＋・）｝ｐ・ｉｂＰ＋ｑ．・・．・・（４３） ，＄＝｛（ｎ十１）十ｒＯｒｅ十切ｑ，．ｂＰ＋ｑ．・
・．・・（４４） 従って、（４３），（４４）式からトランジスタＱ３の
ベース電流ｉ故‘ま、（２２）式の（ｎ十１）を｛（ｎ
十１）十ｒ（ｈｆｅ＋１）｝に置き換えて考えればよい
から、次式の如く表わされる・故＝｛（ｎ＋１）十ｒ比
長十差三審岸宝士裏声≧キデ他８十１）｝■＋ｑ）‐ｉ
ｂ…‐‐‐（４５）（１４），（４５）式から、入力電
流１，は次式の如く 表わされる｛（２３）式参照｝
。

１１ ＝ＩＣＩ ＋１ｂ３ （ｐ＋ｑ）ｈ３ね ＋２（ｐ＋ｑ）ｈ２ｆｅ＋［（（ｎ
＋２）十ｒ（ｈｆ８十・）｝ｐ＋ｑ］ｈｆｅ＋｛（ｎ＋
・）＋ｒ（ｈｆｅ＋・））（ｐ＋ｑ）．− −
（ｐ＋ｑ）（ｈもｅ ＋２ｈｆ８
十・） ・比（ｐ＋ｑ）ｈ８ｆ
８十｛２（ｐ＋ｑ）＋ｒｐ｝ｈ２ｆ８十［｛ｎ＋２）十
ｒ｝ｐ＋ｑ＋ｒ（ｐ＋ｑ）］ｈｆｅ＋｛（ｎ＋１）十ｒ
｝（ｐ＋ｑ）．（ｐ＋ｑ）（ｈ午ｅ＋２ｈｆｅ＋１）
‐１ｂ‐−‐‐…‐‐（４６
）又、（４３），（４４）式からトランジスタＱ５のべ
‐２０ス電流ｉｂ５は、（２５）式の（ｎ＋１）を｛（
ｎ＋１）十ｒ（ｈｆｅ十１）｝に置き換えて考えれば良
いから「次式の如く表わされる。

☆−｛（ｎ＋１）十ｒ仇ｆｅ十１）｝ ｑ
ｈｆｅ ．均一 ■＋ｑ）山２ね＋水ｒｅ＋１）・ｌｂ
……（４７）（１５），（４７）式から出力電流１２
は次式の如く表される｛（２６）式参照｝。１２ ＝ｉ
。

，十ｉｂ５一ｎ（ｐ＋ｑ）ｈ３ｆ８十２ｎ（ｐ＋ｑ）ｈ
２ｆｅ＋［ｎｐ＋（２ｎ＋・）＋ｒ（ｈｆｅ＋・）｝ｑ
］ｈｆｅ ．ｉｂ（ｐ＋ｑ）（ｈ２ｆ８十２ｈｆ巳＋・
）ｎ（ｐ＋ｑ）ｈ３ｆｅ＋｛２ｎ（ｐ＋ｑ）＋ｒｐ｝ｈ
２ｆ８十［ｎｐ＋｛（２ｎ＋１）十ｒ｝ｑ］ｈｆ８ ．
ｉｂ …，．．．．．．．．，．．（（ｐ＋ｑ）（ｈ
２ｆｅ＋２ｈｆ８十１）従って、（４６），（４８）式
から１２は次式の如く表３０わされる。

ｒｑ１２＝ｎ．ｈ３ｆｅ＋｛２十ｎしｐ＋ｑ）｝ｈ２ｆ
ｅ＋ｈ３ｆｅ＋｛２十７≠三ご｝ｈ２ｆｅ＋｛ｎｐ；デ
き辛吉テ）ｑ＋ ｎ（責羊ｑ）｝ｈｆｅ＋ ‐・・
‐‐‐‐…‐‐（４９）｛ｎ（ｎ＋２）ｐ＋ｎｑ＋ｎ声
き旨竿；亨）｝ｈｆｅ＋｛（ｎ＋・〉＋・｝ｎ（ｐ＋ｑ
）（４９）式に於いて（２９）式の如くｑ：ｎｐと置
くと、次式が得られる。

．つ二ｎ・ｈ３ｆｅ＋〈２十；三了）ｈ２ｆｅ＋（２十
「三丁）ｈｆｅ ，．．ｈ３ｆｅ＋く２十；古
）ｈｆｅ２十｛２十二三千２｝ｈｆｅ＋｛（ｎ＋・）＋
ｒ｝‐‐‐…側）（５０）式の分数の分母、分子のｈｆ
ｅの係数は３次、２次の項が等しく、１次、０次の項は
異なる。ｈｆｅの１次の項の係数に於ては、ｒが小さい
程値は近くなる。ｒが１の場合、分母の方は３十ｎ±，
，分子の方‘ま２十寸となり、その地略奪からなり１に
近い。尚上述の各実施例に於てはＮＰＮトランジスタの
場合であるが、ＰＮＰトランジスタでも良い。

上述せる本発明によれば、（３０），（５０）式から鱗
るように、電流伝達比１２／１，の分数の分母及び分子
のｈｆｅの３次、２次の項の係数が共に等しく、１次の
項は等しいか又は近似しているので、１２／１，のｎに
対する精度はｎの如何に拘わらず（入力電流１，の周波
数が高くても）高くなる。更に第５図の如くトランジス
タＱ７を設けた場合は、トランジスタＱ，，Ｑ２のベー
ス電流の逃げ道が確保され、入力電流１，が高周波（例
えば３０ＭＨＺ程度）であっても出力電流いまこれに良
く追従する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のカレントミラー回路を示す回
路図、第３図、第４図及び第５図は本発明によるカレン
トミラー回路の実施例を示す回路図である。 １は入力電流１，の電流源回路、２は出力電流１２の得
られる出力端子、Ｑ，〜Ｑ７はトランジスタである。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１及び第２のトランジスタＱ＿１，Ｑ＿２の各エ
   ミツタが基準電位点に接続され、上記第１のトランジス
   タＱ＿１のコレクタが入力電流Ｉ＿１の電流源回路に接
   続されると共に第３のトランジスタＱ＿３のベースに接
   続され、該第３のトランジスタＱ＿３のエミツタが第４
   のトランジスタＱ＿４のコレクタ及びベース並びに第６
   のトランジスタＱ＿６のベースに接続され、該第４及び
   第６のトランジスタＱ＿４，Ｑ＿６各エミツタが上記第
   １及び第２のトランジスタＱ＿１，Ｑ＿２の各ベースに
   接続され、上記第６のトランジスタＱ＿６コレクタが第
   ５のトランジスタＱ＿５のエミツタに接続され、上記第
   ２のトランジスタＱ＿２のコレクタが出力電流Ｉ＿２の
   得られる出力端子に接続されると共に上記第５のトラン
   ジスタＱ＿５のベースに接続されて成り、上記第１、第
   ２、第４及び第６のトランジスタＱ＿１，Ｑ＿２，Ｑ＿
   ４，Ｑ＿６の各エミツタ電流の比を１：ｎ：ｐ：ｎｐに
   選定して電流伝達比Ｉ＿２／Ｉ＿１が略ｎとなるように
   したことを特徴とするカレントミラー回路。