專利名稱：利用電流鏡電路的電壓-電流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓-電流變換電路，特別是涉及一種通過(guò)利用一個(gè)電流鏡電路把輸入電壓變?yōu)殡娏鞯碾妷?電流變換電路。
目前已經(jīng)提出一種電壓-電流變換電路，該電路利用多個(gè)電流鏡電路以便于利用一個(gè)比地電位更高的輸入電壓來(lái)操作并且能夠減少在電壓到電流變換中的誤差(例如，參見(jiàn)日本申請(qǐng)，公開(kāi)號(hào)為5-259755。)。


圖1是一個(gè)表示這種類型的常規(guī)電壓-電流變換電路的例子的電路圖。該電壓-電流變換電路包括一個(gè)其基極與一個(gè)輸入端A連接的NPN晶體管Q1，一個(gè)啟動(dòng)電路ST，和電流鏡電路CM1-CM3。電流鏡電路CM1由NPN晶體管Q2和Q3組成，它們把一個(gè)等效于與流過(guò)晶體管Q1的電流提供給電阻R1的一端。電流鏡電路CM2由NPN晶體管Q4和Q5組成，它們與電阻R1的另一端連接并且使一個(gè)等效于與流過(guò)電阻R1的電到一個(gè)輸出端B。電流鏡電路CM3由PNP晶體管Q6和Q8組成，它們一個(gè)使與流過(guò)電阻R1的電流成在比的電流流過(guò)晶體管Q2。啟動(dòng)電路ST由PNP晶體管Q9和電阻R組成。
輸入電壓VIN提供給PNP晶體管Q1的基極。PNP 體管Q1的集電極接地，它的發(fā)射極與構(gòu)成電流鏡電路CM1的NPN晶體管Q2的發(fā)射極連接。晶體管Q2的基極與它的集電極及NPN晶體管Q3的基極連接。晶體管Q3的發(fā)射極通過(guò)電阻R1與構(gòu)成電流鏡電路CM2的NPN晶體管Q4的發(fā)射極和基極連接，并且也與NPN晶體管Q5的基極連接。晶體管Q4和Q5的發(fā)射極接地，和晶體管Q5的集電極與輸出端B連接。
晶體管Q2的集電極與構(gòu)成電流鏡電路CM3的PNP晶體管Q6的集電極連接，作為一個(gè)電流源。晶體管Q6的基極與PNP晶體管Q7的基極和PNP晶體管Q8的發(fā)射極連接，晶體管Q8的集電極接地。晶體管Q8的基極與PNP晶體管Q7和NPN晶體管Q3的集電極連接。晶體管Q6和Q7的發(fā)射極與電壓源VCC連接。
構(gòu)成啟動(dòng)電路ST的PNP晶體管Q9的集電極與晶體管Q2的集電極和基極的連接點(diǎn)及晶體管Q6集電極連接。晶體管Q9的基極與被提供有一個(gè)參考電壓Vb，它的發(fā)射極通過(guò)電阻R與電壓源Vcc連接。當(dāng)電流鏡電路CM3被關(guān)斷時(shí)，啟動(dòng)電路ST用于使非常小的電流流過(guò)晶體管Q1。
在具有上述電路結(jié)構(gòu)的常規(guī)電壓-電流變換電路中，由晶體管Q6-Q8組成并作為一個(gè)電流源的電流鏡電路CM3使等效于流過(guò)晶體管Q3的一個(gè)電流流過(guò)晶體管Q2。因此，流過(guò)構(gòu)成電流鏡電路CM1的晶體管Q2和Q3的電流彼此相等，并且電阻R1上的電壓近似等于輸入電壓VIN。此外，流過(guò)晶體管Q3和每個(gè)晶體管Q4和Q5的電流是彼此相等的，并且流到輸出端B的晶體管Q3的集電極電流IOUT由下列等式(1)表示。
IOUT＝(VIN+VBE1+VBE2-VBE3-VBE4)/R1......(1)其中VBE1，VBE2，VBE3和VBE4分別是晶體管Q1，Q2，Q3和Q4的基極-發(fā)射極電壓，和R1是電阻R1的電阻。
由于流過(guò)各個(gè)晶體管Q1，Q2，Q3和Q4的電流是相等的，所以在PNP晶體管Q1的基極-發(fā)射極電壓VBE1和NPN晶體管Q2，Q3和Q4的各個(gè)基極-發(fā)射極電壓VBE2，VBE3和VBE4之間的差是0.1V。如果輸入電壓VIN是如此大以至于該電壓差能夠被忽略，所以等式(1)被簡(jiǎn)化為IOUT＝VIN/R1. ......(2)因此根據(jù)等式(2)，流過(guò)輸出端B的輸出電流IOUT是一個(gè)通過(guò)借助于電阻R1變換輸入電壓來(lái)獲得的。
如上所述，在常規(guī)電壓-電流變換電路中，PNP晶體管Q1的基極-發(fā)射極電壓VBE1是與NPNN晶體管Q2，Q3和Q4的基極-發(fā)射極電壓VBE2，VBE3和VBE4有點(diǎn)不同，即使它們的集電極電流是相同的。此外，晶體管Q1的溫度特性與晶體管Q2，Q3和Q4的溫度特性也有點(diǎn)不同。因此實(shí)際的等式(1)被改寫為等式(3)。IOUT＝(VIN+VBE(PNP)-VBE(NPN))/R1 ......(3)其中VBE(PNP)和VBE(NPN)分別NPN和PNP晶體管的基極-發(fā)射極電壓。因而，常規(guī)電壓-電流變換電路具有一個(gè)問(wèn)題，既在PNP晶體管Q1的基極-發(fā)射極電壓VBE1和NPN晶體管Q2，Q3和Q4的基極-發(fā)射極電壓VBE2，VBE3和VBE4之間的差別必須為一個(gè)誤差分量。
常規(guī)電壓-電流變換電路具有另一個(gè)問(wèn)題，既可變換的輸入電壓范圍是相對(duì)的窄。也就是，由于輸入電壓的范圍是0V到VCC-2VBE(VBE晶體管Q2和Q6的基極-發(fā)射極電壓)，所以在電壓源VCC具有5V對(duì)于3的情況下，最大輸入電壓大約3.5V。此外，流過(guò)啟動(dòng)電路ST的晶體管Q9的電流是在晶體管Q2的基極-發(fā)射極中引起一個(gè)誤差的因素。
本發(fā)明是為了解決在上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，因此本發(fā)明的目的是提供一種能夠利用一個(gè)簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精確電壓到電流變換的電壓-電流變換電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)能夠使工作的輸入電壓范圍變寬的電壓-電流變換電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)電壓-電流變換電路，在該電路中消除了一個(gè)啟動(dòng)電路對(duì)變換誤差的影響根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一個(gè)電壓-電流變換電路包括一個(gè)第一電流鏡電路，一個(gè)第二電流鏡電路，一個(gè)雙極晶體管，和一個(gè)電阻，該電路被設(shè)計(jì)是為了借助于電阻來(lái)消除雙極晶體管的基極-發(fā)射機(jī)電壓，該電壓是在把輸入電壓變?yōu)檩敵鲭娏髦幸鹫`差的的因素。
第一電流鏡電路產(chǎn)生一個(gè)與從第二電流鏡電路接收的第二電流成正比的第一電流。第二電流鏡電路產(chǎn)生均與一個(gè)第三電流成正比的輸出電流和第二電流。雙極晶體管在一個(gè)連接點(diǎn)上接收來(lái)自第一電流鏡電路的第一電流，該連接點(diǎn)把雙極晶體管的集電極與基極連接，該雙極晶體管的發(fā)射極與接收輸入電壓的輸入端連接。電阻器把雙極晶體管的連接點(diǎn)與第二電流鏡電路連接起來(lái)，以至于第三電流被提供給第二電流鏡電路。雙極晶體管使第一電流分流出第三電流，第三電流使等于輸入電壓的一個(gè)電壓在電阻器上被產(chǎn)生。因此，能夠利用一個(gè)簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精確的電壓到電流變換。
最好電壓到電流變換電路設(shè)置有一個(gè)啟動(dòng)裝置。該啟動(dòng)裝置由一個(gè)晶體管構(gòu)成，該晶體管用于把一個(gè)初始電流提供給第一電流鏡電路的第二輸入端。啟動(dòng)晶體管的基極與輸入端連接，啟動(dòng)晶體管的集電極與第一電流鏡電路的第二端連接，并且啟動(dòng)晶體管的發(fā)射極與雙極晶體管的連接點(diǎn)連接。由于，啟動(dòng)晶體管在穩(wěn)定狀態(tài)下所以絕對(duì)被關(guān)斷，所以它能夠防止對(duì)電壓-電流變換的精確度引起的不利影響。
更確切地說(shuō)，第二電流鏡電路包括三個(gè)晶體管，它們的基極互相被連接。第一晶體管的基極和集電極公共地與電阻連接，它的發(fā)射極與地連接。第二晶體管的集電極與第一輸出端連接，它的發(fā)射極與地連接。第三晶體管的集電極與第二輸出端連接，它的發(fā)射極與地連接。
具有相同電阻的每個(gè)電阻最后與雙極晶體管和第一，第二和第三晶體管的各個(gè)發(fā)射極連接，其結(jié)果是增加了電壓-電流變換電路的輸出阻抗。
此外，雙極晶體管的發(fā)射極可以通過(guò)一個(gè)電阻器或一個(gè)第四晶體管與地連接，該第四晶體管的集電極與雙極晶體管的發(fā)射極連接，它的基極與第一晶體管的基極連接，它的發(fā)射極與地連接。
這種結(jié)構(gòu)能使流過(guò)電壓輸入端的電流變?yōu)榱?，并且由此減少在電壓輸入端上的負(fù)載。這允許一個(gè)與電壓輸入端連接的輸入電源具有弱的驅(qū)動(dòng)能力。
因此根據(jù)本發(fā)明，在電壓輸入端上的最大允許輸入電壓(相對(duì)于參考電位)等于正電源電壓減去在第一電流鏡電路中一個(gè)晶體管的基極-發(fā)射極電壓。利用一個(gè)晶體管的基極-發(fā)射極能夠使常規(guī)電壓-電流變換電路的輸入電壓范圍被加寬。
圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)電路圖；圖2是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施例的電壓-電流變換電路的電路圖；圖3是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的第二種實(shí)施例的電壓-電流變換電路的電路圖；圖4是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的第三種實(shí)施例的電壓-電流變換電路的電路圖；圖5是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的第四種實(shí)施例的電壓-電流變換電路的電路圖6是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明的第五種實(shí)施例的電壓-電流變換電路的電路圖；第一種實(shí)施例如在圖2中所示，根據(jù)第一種實(shí)施例的電壓-電流變換電路包括一個(gè)1∶2電流鏡電路101、一個(gè)電流鏡電路102、一個(gè)NPN晶體管Q11、一個(gè)NPN晶體管Q12、和一個(gè)電阻器R1。電壓-電流變換電路的電壓輸入端103與NPN晶體管Q11的基極和NPN晶體管Q12的發(fā)射極連接。1∶2電流鏡電路101的輸出端CMOUT與晶體管Q12的基極和集電極和晶體管Q11的發(fā)射極連接。電阻器R1的一端與晶體管Q12的基極和集電極的連接點(diǎn)、晶體管Q11的發(fā)射極、和1∶2電流鏡電路101的輸出端CMOUT連接。電阻器R1的另一端與電流鏡電路102的輸入端CMIN連接。電流鏡電路102的第一輸出端CMOUT1與晶體管Q11的集電極和1∶2電流鏡電路101的輸入端CMIN連接。電流鏡電路102的第二輸出端CMOUT2與電流輸出端104連接。
1∶2電流鏡電路101具有一個(gè)例如由晶體管Q13-Q15組成的電路結(jié)構(gòu)。它是一個(gè)電流鏡電路，在該電路中晶體管Q13和Q14的發(fā)射極區(qū)域這樣被設(shè)置，以至于流入輸入端CMIN的輸入電流與流過(guò)輸出端CMOUT的輸出電流之比變?yōu)?∶2。因此，晶體管Q13的發(fā)射極區(qū)域是晶體管Q14的發(fā)射極區(qū)域的兩倍，以至于輸出電流2IR是流入輸入端CMIN的輸入電流IR的兩倍并且輸出電流從晶體管Q13的集電極輸出到晶體管Q12。晶體管Q12由該輸出電流2IR偏壓。不用說(shuō)，1∶2電流鏡電路101的電路結(jié)構(gòu)不限于如在該圖中所示的電路。
電流鏡電路102包括晶體管16-Q18并且使一個(gè)等效于流過(guò)電阻R1的電流流入1∶2電流鏡電路101的輸入端和一個(gè)電流輸出端104。電流鏡電路102具有兩個(gè)輸出端CMOUT1和CMOUT2，它們分別與NPN晶體管Q17的集電極和NPN晶體管Q18的集電極連接。通過(guò)電阻器R1輸入一個(gè)電流的NPN晶體管Q16的集電極和基極相互連接，并且也與晶體管Q17和Q18的基極連接。晶體管Q16-Q18的發(fā)射極被連接起來(lái)。
輸出端CMOUT1，或晶體管Q17的今天機(jī)集電極與1∶2電流鏡電路101的輸入端CMIN連接。晶體管Q18的集電極與電流輸出端104連接，在該輸出端上出現(xiàn)一個(gè)與輸入電壓VIN對(duì)應(yīng)的輸出電流。
NPN晶體管Q11被設(shè)置為用于整個(gè)電路的起動(dòng)電路。晶體管Q11的集電極與1∶2電流鏡電路101的輸入端CMIN連接，它的基極與電壓輸入端103連接，和它的發(fā)射極與電流鏡電路102的輸入端CMIN連接，也就是，通過(guò)電阻器R1與NPN晶體管Q16的集電極和基極連接。
下面將描述該實(shí)施例的工作。當(dāng)接通電源時(shí)晶體管Q11變?yōu)閷?dǎo)通，并且晶體管Q11的集電極電流作為1∶2電流鏡電路101的一個(gè)輸入電流。當(dāng)晶體管Q12處于被偏壓狀態(tài)并且輸入電壓VIN被提供給電壓輸入端103時(shí)，在晶體管Q12的集電極和基極(互助連接)上出現(xiàn)一個(gè)電壓V1，由下面給出。
V1＝VIN+VBE(Q12)......(4)其中VBE(12)是晶體管Q12的基極-發(fā)射極電壓。另一方面，在電流鏡電路102的輸入端上的一個(gè)電壓V2，也就是一個(gè)基極和集電極互相連接并且發(fā)射極接地的晶體管Q16的基極-發(fā)射極電壓由下式給出V2＝VBE(Q16). ......(5)因此，電阻器R1上的電壓是VR＝V1-V2＝VIN+VBE(Q12)-VBE(Q16)......(6)流過(guò)電阻器R1的電流是IR＝VR/R1. ......(7)由于該電流是電流鏡電路102的輸入，所以對(duì)應(yīng)的晶體管Q17和Q18的集電極電流，也就是電流鏡電路102的輸出電流等于IR。
由于晶體管Q17的集電極電流被提供給具有輸入至輸出電流比為1∶2的電流鏡電路101的輸入端CMIN，所以1∶2電流鏡電路CM4的輸出電流變?yōu)?IR。如果假設(shè)晶體管Q12的共發(fā)射極電流放大系數(shù)β是足夠大，那么集電極電流IC(Q12)等于1∶2電流鏡電路101的輸出電流減去流過(guò)電阻器R1的電流，既由等式(8)給出。
IC(Q12)＝2IR-IR＝IR......(8)另一方面，如果假設(shè)晶體管Q16的共發(fā)射極電流放大系數(shù)是足夠大，那么晶體管Q16的集電極電流IC(Q16)由下式給出IC(Q16)＝IR......(9)從等式(8)和(9)可以理解，晶體管Q12的集電極電流IC(Q12)等于晶體管Q16的集電極電流。結(jié)果是在相應(yīng)的晶體管Q12和Q16的基極-發(fā)射極電壓VBE(Q12) 6)之間保持等式(10)。
VBE(Q12)＝VBE(Q16).....(10)把等式(10)代入到等式(6)中，可以得到VR＝VIN......(11)等式(11)意味著電阻器R1上的電壓等于輸入電壓VIN。如上所述晶體管Q18的集電極電流等于由等式(7)所表示的電流IR。用等式(11)代替到等式(7)中來(lái)去掉VR，于是流過(guò)輸出端104和晶體管Q18的集電極的輸出電流I0被表示為I0＝IR＝VIN/R1 ......(12)等式(12)意味著輸出電流I0是借住于電阻器R1通過(guò)精確地變換電壓VIN所獲得的電流(電壓到電流的變換)。
下面將描述1晶體管Q11(啟動(dòng)電路)的操縱。當(dāng)接通電源時(shí)晶體管Q11變?yōu)閷?dǎo)通。在這時(shí)流動(dòng)的晶體管Q11的集電極電流被表示為IC(Q11)＝(VIN-VBE(Q11)-VBE(Q16)/R1. ......(13)集電極電流IC(Q11)變?yōu)?∶2電流鏡電路101的一個(gè)輸入電流，以至于晶體管Q12被偏壓。
結(jié)果是，對(duì)應(yīng)的晶體管具有由等式(4)-(12)表示的偏壓狀態(tài)。晶體管Q11的發(fā)射極電壓VE(Q11)變?yōu)榈扔诘仁?4)的V1，既，VIN+VBE(Q11)晶體管Q11的基極-發(fā)射極結(jié)由VBE(Q12)(大約0.7V)反向偏壓，并因此晶體管Q5被關(guān)斷。在這種方式中，只有在電源接通之后，既僅在起動(dòng)周期期間晶體管Q11工作，也就是說(shuō)在穩(wěn)定狀態(tài)中它不導(dǎo)通。此外晶體管Q11對(duì)電路的其他部分不產(chǎn)生不利的影響。在該實(shí)施例中，在電流鏡電路101利用在圖2中所示的結(jié)構(gòu)的情況下，輸入電壓VIN的允許范圍是0V到VCC-VBE，其中VCC是一個(gè)正電源電壓和VBE是晶體管一個(gè)輸出側(cè)晶體管的基極-發(fā)射極電壓，也就是在電流鏡1011路中的晶體管Q13，它的電壓范圍比在圖1中的常規(guī)電路中的對(duì)應(yīng)電壓范圍更寬(VBE約0.7V)。
第二實(shí)施例如在圖3中所示，其中與在圖2中所示相同的部件用相同的符號(hào)來(lái)表示并且將省略對(duì)它們的描述。該實(shí)施例由電流鏡電路201和202組成，它們被用于分別代替第一實(shí)施例中的電流鏡電路101和102。
電流鏡電路201是一個(gè)具有輸入至輸出電流比為1∶1的電流鏡道路。電流鏡道路202是由NPN晶體管Q21，Q22，Q23組成。晶體管Q21和Q23是和圖2的第一實(shí)施例中的晶體管Q16和Q18相同的。晶體管Q22用來(lái)代替圖2中的晶體管Q17，以便于以和圖2的晶體管17的相同方式與電路的其他部分相連接。晶體管Q22的發(fā)射極區(qū)域是晶體管Q21或Q23的發(fā)射極區(qū)域的兩倍。因此，電流鏡電路202的CMIN，CMOUT1和CMOUT2的電流比是1∶2∶1。因此，流經(jīng)電流鏡電路201的輸入端CMIN和晶體管Q22的集電極的電流是2IR，它是由等式(7)表示的電流的兩倍。由于電流鏡電路201的輸入至輸出電流比是1∶1，所以輸出電流等于輸入電流，也就是，2IR。因此，該實(shí)施例以與在圖2中的第一實(shí)施例相同的方式工作，并因而具有與后者相同的優(yōu)點(diǎn)。
第三實(shí)施例如在圖4中所示，其中與在圖2中所示相同的部件用相同的符號(hào)來(lái)表示并且將省略對(duì)它們的描述。該實(shí)施例由一個(gè)電阻器R5和一個(gè)電流鏡電路302組成。電阻器R5插接在晶體管Q12的發(fā)射極與電壓輸入端103和晶體管Q11的基極的連接點(diǎn)之間。電流鏡電路302被用來(lái)代替第一實(shí)施例的電流鏡電路102。一個(gè)1∶2電流鏡電路301與第一實(shí)施例的1∶2電流鏡電路101是相同的。電流鏡電路302這樣被構(gòu)成以至于電阻器R2，R3，和R4被插入在地和對(duì)應(yīng)的晶體管Q31-Q33的發(fā)射極之間，晶體管Q31-Q33構(gòu)成了與在圖2中所示相同的電流鏡電路。晶體管Q31-Q33用和在第一實(shí)施例中相同的方式與電路的其他部件連接。在該實(shí)施例中，如果晶體管Q12的集電極電流和電阻器R5的電阻分別被表示為IC(Q12)和R5，并且如果假設(shè)晶體管Q12的共發(fā)射極電流放大系數(shù)是足夠的大，那么在晶體管Q12的基極和集電極的連接點(diǎn)上的電壓被表示為V1＝VIN+VBE(Q12)＝R5IC(Q12)......(14)另一方面，如果晶體管Q31的集電極電流和電阻器R2的電阻分別被表示IC(Q31)，和如果假設(shè)晶體管Q31的共發(fā)射極電流放大系數(shù)β是足夠大，那么在晶體管Q31的基極和發(fā)射極的連接點(diǎn)上的電壓，也就是電流鏡電路302的輸入端CMIN被表示為V2＝VBE(Q31)+R2IC(Q31)......(15)由于電阻器R1上的電壓VR是電壓V1和V1之間的差值，所以它由等式(14)和(15)來(lái)表示為VR＝V1-V2＝VIN+R5IC(Q12)+VBE(Q12)-R2IC(Q31)-VBE(Q31)......(16)如在第一實(shí)施例的等式(7)中所示，流過(guò)電阻器R1上的電流IR是IR＝VR/R1 .......(17)如果假設(shè)與對(duì)應(yīng)晶體管Q31-Q33和Q12的發(fā)射極連接的電阻器R2-R5具有相同的電阻，那么由晶體管Q31-Q33和電阻器R2-R4組成的電流鏡電路302的輸入至電壓電流比1∶1，如在圖2的第一實(shí)施例中的情況。由于從晶體管Q32的集電極到電流鏡電路Q301的輸出端CMOUT的電路部分是與在第一實(shí)施例中的電路部分相同，所以晶體管Q12的集電極電流IC(Q12)被表示為
IC(Q12)＝2IR-IR＝IR......(18)另一方面，如果假設(shè)晶體管Q31的共發(fā)射極電流放大系數(shù)β是足夠大，那么晶體管Q31的集電極電流等于流過(guò)電阻器R1的電流，并且被表示為IC(Q31)＝IR......(19)因此，如在等式(10)所示，下列關(guān)系被保持VBE(Q12)＝VBE(Q31)......(20)此外，如上所述，電阻器R2-R5的電阻滿足下列關(guān)系R2＝R3＝R4＝R5......(21)因此，把等式(18)-(21)代到等式(16)中，可以得到VR＝VIN......(22)等式(22)與第一實(shí)施例的等式(11)是相同的。因此，如在第一實(shí)施例的情況一樣，該實(shí)施例允許輸出電流I0流過(guò)電流輸出端104，輸出電流I0由等式(12)來(lái)表示，也就是通過(guò)精確地變換輸入電壓VIN(電壓到電流變換)來(lái)獲得。
從每個(gè)晶體管Q32和Q33的角度來(lái)看，電流鏡電路302的輸出電阻R0(CM)被表示為R0(CM)＝R0(1+gmR2) ......(23)其中R0是一個(gè)晶體管的輸出電阻而gm是該晶體管的跨導(dǎo)。等式(23)表示通過(guò)把電阻R3和R4與對(duì)應(yīng)的晶體管Q32和Q33的發(fā)射極連接來(lái)增加輸出電阻R0(CM)。因此，該實(shí)施例與第一和第二實(shí)施例相比具有增加電流鏡電路302的輸出電阻的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致改進(jìn)了精確度。
第四實(shí)施例如在圖5中所示，其中與在圖2中所示相同的部件用相同的符號(hào)來(lái)表示并且將省略對(duì)它們的描述。該實(shí)施例由一個(gè)電阻器R6組成，該電阻R6被插接在地和電壓輸入端103，晶體管Q12的發(fā)射極，及晶體管Q11的基極的連接點(diǎn)之間。
流過(guò)電阻器R6(它的電阻是R6)的電流I(R6)是I(R6)＝VIN/R6 ......(24)如果電阻R6不存在，那么流入到電壓輸入端103的電流應(yīng)該等于晶體管Q12的發(fā)射極電流，也就是IR(看等式(8))。電流IR也由等式(7)來(lái)表示。因此，如果流入到電壓輸入端103的電流IR等于通過(guò)插入電阻R6流出的電流I(R6)，那么當(dāng)電阻R6被插入時(shí)流過(guò)電壓輸入端103的電流變?yōu)榱?。也就是，電阻R6的插入對(duì)減少在電壓輸入端103上的負(fù)載有影響。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓輸入端103的能力是弱的時(shí)候，這是有效的。
如上所述，使電流IVIN為零的條件是I(R6)＝IR......(25)如果R6＝R1 ......(26)那么根據(jù)等式(7)，(11)和(25)這個(gè)條件被滿足。
第五實(shí)施例如在圖六中所示，其中與在圖2中所示相同的部件用相同的符號(hào)來(lái)表示并且將省略對(duì)它們的描述。該實(shí)施例包括一個(gè)NPN晶體管Q41，該晶體管的集電極與電壓輸入端103，晶體管Q12的發(fā)射極，和晶體管Q11的基極的連接點(diǎn)相連接，它的發(fā)射極接地，而它的基極與構(gòu)成電流鏡電路102的對(duì)應(yīng)晶體管Q16-Q18的基極連接。
由于晶體管Q41的基極和發(fā)射極分別與晶體管Q16的基極和發(fā)射極連接，所以晶體管Q41的集電極電流等于晶體管Q16的集電極電流。如果晶體管Q41和Q16的集電極電流分別由IC(Q41)和IC(Q16)表示，那么IC(Q41)＝IC(Q16)＝IR......(27)因此，流過(guò)電壓輸入端103的電流I(VIN)是I(VIN)＝IC(Q12)-IC(Q41)＝IR-IR＝0 ......(28)此外，如在圖5的第五實(shí)施例中的情況一樣，給實(shí)施例具有減少在電壓輸入端103上負(fù)載的效果。
本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例。例如，圖3的第二實(shí)施例可以這樣被變型以至于圖4的電阻R5被插入在電壓輸入端103和晶體管Q11的發(fā)射極之間并且圖4的電阻R2-R4被插入在地和電流鏡電路202中的對(duì)應(yīng)晶體管Q21，Q22，和Q23的發(fā)射極之間。雖然在圖5和6中電阻器R6和晶體管Q41以相同的方式被加到圖2的第一實(shí)施例中，但是它們也可以被加到圖3的第二實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1，一種用于把輸入電壓變?yōu)檩敵鲭娏鞯碾娐?，該輸入電壓被施加在輸入端和參考電位之間，該電路包括第一電流鏡電路，用于根據(jù)一個(gè)第二電流來(lái)產(chǎn)生一個(gè)第一電流，第一電流與第二電流成正比，第一電流流過(guò)一個(gè)第一端，而第二電流流過(guò)一個(gè)第二端；第二電流鏡電路，用于根據(jù)一個(gè)第三電流來(lái)產(chǎn)生輸出電流和第二電流，輸出電流和第二電流的每一個(gè)與第三電流成正比，第二電流流過(guò)一個(gè)第一輸出端，輸出電流流過(guò)一個(gè)第二輸出端；一個(gè)雙極晶體管，它在一個(gè)連接點(diǎn)上接收來(lái)自第一電流鏡電路的第一電流，該連接點(diǎn)把雙極晶體管的集電極與基極連接并與第一電流鏡電路的第一端連接，該雙極晶體管的發(fā)射極與接收輸入電壓的輸入端連接；和一個(gè)電阻器，雙極晶體管的連接點(diǎn)通過(guò)該電阻器與第二電流鏡電路的第三端連接。
2，根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中第一電流鏡電路產(chǎn)生第一電流，該第一電流是第二電流的兩倍，并且第二電流鏡電路產(chǎn)生輸出電流和第二電流，該輸出電流和第二電流均等于第三電流。
3，根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中第一電流鏡電路產(chǎn)生第一電流，該第一電流等于第二電流，并且第二電流鏡電路產(chǎn)生等于第三電流的輸出電流和為第三電流兩倍的第二電流。
4，根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一個(gè)的電路，其中雙極晶體管使第一電流分流出第三電流，第三電流使等于輸入電壓的一個(gè)電壓在電阻器上被產(chǎn)生。
5，根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一個(gè)的電路，其中第二電流鏡電路包括一個(gè)第一晶體管，它的基極和集電極共同地與第三端連接，它的發(fā)射極與參考電位連接；一個(gè)第二晶體管，它的集電極與第一輸出端連接，它的基極與第一晶體管的基極連接，它的發(fā)射極與參考電位連接；一個(gè)第三晶體管，它的集電極與第二輸出端連接，它的基極與第一晶體管的基極連接，它的發(fā)射極與參考電位連接。
6，根據(jù)權(quán)利要求5的電路，還包括一個(gè)第一電阻器，雙極晶體管的發(fā)射極通過(guò)該電阻器與輸入端連接；一個(gè)第二電阻器，第一晶體管的發(fā)射極通過(guò)該電阻器與參考電位連接，第二電阻器具有與第一電阻器相同的電阻；一個(gè)第三電阻器，第二晶體管的發(fā)射極通過(guò)該電阻器與參考電位連接，第三電阻器具有與第一電阻器相同的電阻；一個(gè)第四電阻器，第三晶體管的發(fā)射極通過(guò)該電阻器與參考電位連接，第四電阻器具有與第一電阻器相同的電阻。
7，根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一個(gè)的電路，還包括一個(gè)第一電阻器，雙極晶體管的發(fā)射極通過(guò)該電阻器與參考電位連接。
8，根據(jù)權(quán)利要求5的電路，還包括一個(gè)第四晶體管，它的集電極與雙極晶體管的發(fā)射極連接，它的基極與第一晶體管的基極連接，它的發(fā)射極與參考電位連接。
9，根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一個(gè)的電路，還包括一個(gè)啟動(dòng)晶體管，用于把一個(gè)初始電流提供給第一電流鏡電路的第二輸入端，啟動(dòng)晶體管的基極與輸入端連接，啟動(dòng)晶體管的集電極與第一電流鏡電路的第二端連接，并且啟動(dòng)晶體管的發(fā)射極與雙極晶體管的連接點(diǎn)連接。
全文摘要
電壓-電流變換器包括第一和第二電流鏡電路，雙極晶體管，啟動(dòng)晶體管和電阻器。第一電流鏡電路產(chǎn)生與從第二電流鏡電路接收的第二電流成正比的第一電流。第二電流鏡電路產(chǎn)生均與第三電流正比的輸出電流和第二電流。雙極晶體管在連接點(diǎn)上接收來(lái)自第一電流鏡電路的電流，該連接點(diǎn)把雙極晶體管的集電極與基極連接起來(lái)，發(fā)射極接輸入端。電阻器把連接點(diǎn)與第二電流鏡電路連接起來(lái)，以至第三電流被提供給第二電流鏡電路。
文檔編號(hào)G05F1/56GK1138246SQ9610594
公開(kāi)日1996年12月18日 申請(qǐng)日期1996年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月24日
發(fā)明者西村浩一 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社