電流源、カレントミラー、能動負荷

トランジスターの動作が大体分かったので、よくある回路形式(回路図上の 基本単位)を考えてみましょう。

 

Figure: 回路上に現れる電流源のいろいろ。カレントミラーとも言う

回路上に定電流源をもちこむと交流インピーダンスをあげられ便利なことが多い。 図a)でＱ１とＱ２の特性をよくそろえておくとＱ２のコレクタ電流はＱ１の コレクタ電流でほぼ決定される。これは負荷抵抗R_Lの状況によらない。すなわち 高精度の定電流源となる。 実際に集積回路上では抵抗をつくるより トランジスタを作る方が簡単なので、実際には図b)のような構成をとる。 Ｑ１とＱ２の特性がそろっていると I_ref=(V_dd-0.6V)/R₁であり、また $I_{ref}=i_b+i_b+\beta i_b$なので $Ic=I_{ref}/(1+2/\beta)$と$\beta$が大きいければ I_ref=Icが実現する。 このようなつなぎ方をトランジスターのダイオード接続と呼んでいます。 Q1/2のベース電流特性を 変えずにpn接合面積のみかえると(集積回路では簡単にできる)Icの電流値を 自由に変えることができます(これは回路図からは読み取れない特性)。

図c)はさらに高性能で、係数は $1+2/\beta^2$となります。 まず、 I_ref=(V_dd-0.6V-0.6V)/R₁であり、 $I_{ref}=\beta i_b+2i_b/\beta$なので $Ic=\beta i_b = I_{ref}/(1+2/\beta^2)$と $\beta$が ちいさくても性能が保証される。これをカレントミラー回路ともよびます。

これと同等な回路を例えばエミッタ接地の負荷として採用すると、高い負荷抵抗を 用いたのと同様な効果があり増幅度を飛躍的に向上させられるわけです。 以下の図ではpnpのペアで作った定電流源をエミッタ設置回路の負荷にしています。 これを能動負荷といってICなどで非常に良く見られるものです。

 

Figure: 能動負荷をもちいたエミッタ接地増幅回路