(57)【要約】【課題】  本発明の回路及び方法は、高出力インピーダンスを持つカスコード電流ソース／シンクを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の１つの実施の形態では、補償電流がカスコード（Ｑ１）のエラーを打ち消すような方法で、カスコード（Ｑ１）のベース電流の変動に対応して補償電流を流すことにより外部負荷への依存性が減少される。本発明の別の実施の形態では、バイアス回路（２００）が含まれていて、カスコード（Ｑ１）のベース電流の変化が検出されて、カスコード（Ｑ１）のコレクタ電流が変化しないようにカスコード（Ｑ１）のエミッタにて対応する電流が加算されるように構成される。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部負荷に出力電流を供給するための回路を含んだ電流ソース／シンクの出力インピーダンスを増加する方法であって、前記回路はベース、コレクタ及びエミッタを持つ第１バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とベース、コレクタ及びエミッタを持つ第２バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とが直列に接続されて、前記第１ＢＪＴの前記エミッタが前記第２ＢＪＴの前記コレクタに接続され、そして前記外部負荷が前記第１ＢＪＴの前記コレクタと前記第２ＢＪＴの前記エミッタとの間に接続されており、前記方法が、
前記第１ＢＪＴのベース電流変化を検出し、
前記検出されたベース電流変化を補償するために、検出されたベース電流変化に対応した電流を前記第１ＢＪＴのエミッタ及び前記第２ＢＪＴに加えることを含む前記方法。
【請求項２】
外部負荷に電流を供給するための電流増幅器の出力インピーダンスを増加する装置であって、前記電流増幅器は入力段と出力段とを含み、出力段はベース、コレクタ及びエミッタを持つ出力トランジスタにカスコード接続されたベース、コレクタ及びエミッタを持つカスコード・トランジスタを有し、前記装置が、
前記カスコード・トランジスタのベース電流変化を検出する手段と、
前記検出されたベース電流変化を補償するために、検出されたベース電流変化に対応した変動電流をカスコード・トランジスタのエミッタ及び出力トランジスタのコレクタに加えることにより補償する手段とを含む前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電流ソース／シンクの技術に関し、より詳細には、バイポーラ・トランジスタを使用した改良された出力インピーダンスを持つ電流ソースに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの回路は、相対的に一定で且つ電源の変化に対して高度に安定な電流ソース／シンクを必要とする。さらに、電流ソース／シンク回路の最大の所望の特性は、高出力抵抗又はインピーダンスである。これは、もし回路が例えば増幅器中の能動負荷として使用される場合、回路に対する高い電圧利得を生じ、出力信号に対する正確性を改良する。ＰＮＰ／ＮＰＮバイポーラ・トランジスタ・カスコード電流ソース／シンクを使用する時、特に２つの問題が発生する。ベース電流とベース電流変調が出力について好ましくない変化に寄与する。ベース電流、従って、ベース電流エラーは有限なトランジスタ・ベータから発生する。これに対し、有限アーリー電圧及び／又は出力電圧中の変化はベース電流変調エラーを導く。カスコード・トランジスタ内の上述したエラーは、最終回路の出力インピーダンスを制限する。これらの制限を除去した電流ソース／シンク回路を提供することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、高出力インピーダンスを持つカスコード電流ソース／シンクを提供する回路及び方法を提供する点で技術的な利点を持つ。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施の形態では、補償電流がカスコードのエラーを打ち消すように、１つのアプローチにカスコード中のベース電流の変化に対応する補償電流を向かわせることにより外部負荷への依存性が減少される。別の実施の形態では、カスコードのコレクタ電流が変化しないように、カスコードのベース電流がカスコードのエミッタで加算されるようにバイアシングが構成される。
以下、添付図面を参照した発明の詳細の説明から本発明のより完全な理解が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明のさまざまな革新的な教示が、現在最良の例示的な実施の形態を特に参照して説明される。しかし、このクラスの実施の形態はここで使用される多くの利点及び革新的な教示のいくつかの例のみを提供することに理解されたい。本明細書における説明は特許請求の範囲に記載されたさまざまな発明のいずれかの限界を必ずしも定めるものではない。さらに、説明はいくつかの発明的な特徴に適用されるが、他には適用されない。
【０００６】
図中では、同じ機能を持つ等価な又は同様な要素を示すために同じ参照番号又は記号が使用されている。本発明の主題を説明するのに必要でない既知の構成及び機能の詳細な説明は、簡潔さのために省略した。
【０００７】
定義により、電流ソースは印加された電圧の周波数及び強度に関係なく一定の電流を供給する。バイポーラ接合トランジスタはそれ自身が電圧制御電流ソースである。しかし、実際のＢＪＴ電流ソースについては、印加された電圧が変化するときに出力電流は変化する。カスコード電流装置は全て電圧の変動に対する電流ソース／シンクの免疫を改良するために普通に用いられる解決策である。図１を参照すると、しばしば増幅器の出力段として使用される従来のカスコード電流装置１００が示されている。典型的に、トランジスタＱ1（カスコード・トランジスタと呼ばれる）が出力トランジスタＱoutと出力Ｖoutとの間に直列的に接続されている。また、カスコード電流装置１００は、出力トランジスタＱoutのベースに並列に接続された破線１１で示されるような入力増幅段又は対応する電流ミラー比回路を含む。また、典型的に、出力トランジスタＱoutのエミッタに直列接続されたフィードバックＲ1が存在する。破線１１の回路構成は、例えば、トランジスタＱIN1のベース及びトランジスタＱIN2のコレクタに接続された定電流ソースＩを含み、ＱIN1のコレクタは電源に接続され、そのエミッタはＱIN2のベースに接続され、そしてＱIN2のエミッタはＲ2を介して基準に接続され、そのベースはＲ3を介して基準に接続されている。
【０００８】
上記のカスコード構成は、出力電圧Ｖoutの変化に対する出力トランジスタＱoutの反応が減少するように、出力電圧Ｖoutに対する回路１００の依存性を減少させる効果を持つ。しかし、ＰＮＰ／ＮＰＮバイポーラ・トランジスタにより電流ソース／シンクをカスコードする時、最終回路の出力インピーダンスはカスコード・トランジスタＱ1のベータ及びアーリー電圧及びカスコード・トランジスタＱ1の衝撃イオン化により制限される。Ｖoutが変化する時、カスコード・トランジスタＱ1のバイアス電流Ｉbcが変化して、Ｉoutにエラーを生ずる。
【０００９】
図２を参照すると、本発明の例示的な実施の形態によるＮＰＮバージョンの電流シンク２００の回路図が示されている。回路２００は、定電流ソースＩs及びトランジスタＱ2を除いて、図１に示された回路１００と同じである。Ｉsは、電源とカスコード・トランジスタＱ1のベース及びトランジスタＱ2のエミッタとの間に接続されている。トランジスタＱ2のエミッタはカスコード・トランジスタＱ1のベースに接続され、そのコレクタはカスコード・トランジスタＱ1のエミッタに接続され、そのベースは出力トランジスタＱoutのベースに接続されている。この構成により、電流ソースＩsとトランジスタＱ2は、協同して、Ｑ1の変化するベース電流をＱ1のエミッタに戻すように向かわせるプロアクテイブフォールト装置として作用する。より詳細には、Ｑ1のベース電流はＶoutが変化するにつれて変化するが、Ｑ2の電流が同じ量だけ変化するため、変化がＱ1のエミッタで加算されて、効果を打ち消す。従って、コレクタ電流又はＩoutは変化せず、よって、出力インピーダンスを増加する。さらに、出力インピーダンスを低下する傾向を持つカスコード・トランジスタＱ1の衝撃イオン化電流も打ち消される。
【００１０】
図３は、図１に示される従来の電流シンクについて電流対電圧の出力曲線を示す。飽和領域が一般的に３１として示され、そして衝撃イオン化領域が一般的に３５として示されている。３３に示される曲線の傾きはエラーを示す。
【００１１】
図４は、図２に示される回路設計について電流対電圧の出力曲線を示す。図３の衝撃イオン化３５がほとんど完全に打ち消されていることに注意する。また、飽和３１と衝撃イオン化３５との間の傾斜はより低いレベルであって、ずっと平坦であることに注意する。
【００１２】
図５は、一般に、図３及び図４に示される曲線の導関数を示す。図１に示された従来の電流シンクについての電圧に対するオームで表されたインピーダンスの曲線（５１で示される）と図２に示された回路設計についての電圧に対するオームで表されたインピーダンスの曲線（５３で示される）が示される。インピーダンスでおおよそ１０倍の改良がなされていることに注意する。
【００１３】
以上の通り、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態により方法及びシステムが説明されたが、本発明は開示された実施の形態に制限されず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、さまざまな再構成と修正と置換が可能であることが理解できる。
【００１４】
以上の記載に関連して、以下の項目を開示する。
１．外部負荷に出力電流を供給するための回路を含んだ電流ソース／シンクの出力インピーダンスを増加する方法であって、前記回路はベース、コレクタ及びエミッタを持つ第１バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とベース、コレクタ及びエミッタを持つ第２バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とが直列に接続されて、前記第１ＢＪＴの前記エミッタが前記第２ＢＪＴの前記コレクタに接続され、そして前記外部負荷が前記第１ＢＪＴの前記コレクタと前記第２ＢＪＴの前記エミッタとの間に接続されており、前記方法が、
前記第１ＢＪＴのベース電流変化を検出し、
前記検出されたベース電流変化を補償するために、検出されたベース電流変化に対応した電流を前記第１ＢＪＴのエミッタ及び前記第２ＢＪＴに加えることを含む前記方法。
【００１５】
２．定電流を前記第１ＢＪＴのベース及びベースとコレクタを持つ第３ＢＪＴのエミッタに加えることをさらに含み、前記第３ＢＪＴのベースは前記第２ＢＪＴのベースに接続され、そして前記第３ＢＪＴのコレクタは前記第１ＢＪＴのエミッタに接続されている１項に記載の方法。
【００１６】
３．前記第１ＢＪＴのベース電流の変化に応答した前記補償電流を、前記第３ＢＪＴのコレクタを介して前記第１ＢＪＴのエミッタに加えることをさらに含む２項に記載の方法。
【００１７】
４．前記補償電流がベース電流エラーにおおよそ等しい１項に記載の方法。
【００１８】
５．外部負荷電圧の変化に起因した前記第１ＢＪＴのベース電流変動に対応するために前記補償電流を変化させることをさらに含む１項に記載の方法。
【００１９】
６．外部負荷の変動に起因した及び前記第１ＢＪＴのベータと衝撃イオン化とに起因した前記第１ＢＪＴベース電流変動をさらに補償することを含む１項に記載の方法。
【００２０】
７．外部負荷に電流を供給するための電流増幅器の出力インピーダンスを増加する装置であって、前記電流増幅器は入力段と出力段とを含み、出力段はベース、コレクタ及びエミッタを持つ出力トランジスタにカスコード接続されたベース、コレクタ及びエミッタを持つカスコード・トランジスタを有し、前記装置が、
前記カスコード・トランジスタのベース電流変化を検出する手段と、
前記検出されたベース電流変化を補償するために、検出されたベース電流変化に対応した変動電流をカスコード・トランジスタのエミッタ及び出力トランジスタのコレクタに加えることにより補償する手段とを含む前記装置。
【００２１】
８．前記検出する手段が、外部負荷電圧の変動に起因した及び前記カスコード・トランジスタのベータと衝撃イオン化に起因した前記カスコード・トンジスタのベース電流の変化を検出する手段を含む７項に記載の装置。
【００２２】
９．前記検出する手段が、定電流を受け取るノードを含み、カスコード・トランジスタのベース電流が増加した時、補償する手段への電流が対応する量だけ減少し、そしてベース電流が減少した時、補償する手段への電流が対応する量だけ増加するように、前記ノードが前記カスコード・トランジスタのベース電流及び前記補償する手段をソースする７項に記載の装置。
【００２３】
１０．前記補償する手段が、ベース、コレクタ及びエミッタを持つバイポーラ・ジャンクション・トランジスタを含み、前記カスコード・トランジスタのベース電流増加及びベース電流減少に直接に対応した付加電流を加えるために、前記エミッタが前記ノードに接続され、そして前記コレクタが前記出力トランジスタに接続されている９項に記載の装置。
【００２４】
１１．基準電流を提供するための入力段と、
外部負荷に出力電流を供給するための第１回路を含んだ出力段とを含み、前記第１回路はベース、コレクタ及びエミッタを持つ第１バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）及びこれと直列に接続されたベース、コレクタ及びエミッタを持つ第２バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とを含み、前記第１ＢＪＴの前記エミッタが前記第２ＢＪＴの前記コレクタに接続され、そして前記外部負荷が前記第１ＢＪＴの前記コレクタと前記第２ＢＪＴの前記エミッタとの間に接続されており、
前記出力段が、前記第１ＢＪＴと前記第２ＢＪＴに接続された第２回路をさらに含み、前記第２回路がベース電流エラーに対応した電流を前記第１ＢＪＴトランジスタ・エミッタへ流すことにより前記第１ＢＪＴのベース電流エラーを補償する電流増幅器。
【００２５】
１２．本発明の回路及び方法は高出力インピーダンスを持つカスコード電流ソース／シンクを提供する。一例では、補償電流がカスコード（Ｑ１）のエラーを打ち消すような方法でカスコード（Ｑ１）のベース電流の変動に対応した補償電流を流すことにより外部負荷への依存が減少される。別の例では、バイアス回路（２００）が含まれていて、カスコード（Ｑ１）のベース電流の変化が検出されて、カスコード（Ｑ１）のコレクタ電流が変化しないようにカスコード（Ｑ１）のエミッタにおいて対応する電流が加算されるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来のカスコード電流ソース／シンクの回路図。
【図２】本発明の例示的な実施の形態によるＮＰＮバージョンの電流ソース／シンクの回路図。
【図３】図１に示された従来の電流シンクについての出力電流対電圧を示す図。
【図４】図２に示された回路についての出力電流対電圧を示す図。
【図５】図１に示された従来の電流シンク及び図２に示された回路設計のインピーダンスをオームで示す図。
【符号の説明】
【００２７】
２００      電流シンク
Ｑ1        カスコード・トランジスタ
Ｑ2        トランジスタ
ＱOUT      出力トランジスタ
ＶOUT      出力電圧
ＩOUT      出力電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004357299.tif 000005
【図４】
2004357299.tif 000006
【図５】
2004357299.tif 000007