JP2002323928A - 基準電圧発生回路 - Google Patents
基準電圧発生回路Info
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Abstract
つ、起動時には出力端子の電圧を素早く立ち上げる。 【解決手段】 基準電圧源1が接続される増幅器2の帰
還ノードに接続された中間端子3と出力端子4との間に
接続された抵抗R1と、出力端子4と接地との間に接続
された容量C1と、増幅器2の出力ノード2cにコレク
タとベースが接続され増幅器2の帰還ノード2bにエミ
ッタが接続されたトランジスタQ1と、増幅器2の出力
ノード2cにエミッタが接続されベースが出力端子4に
接続されたトランジスタQ2と、トランジスタQ2のコ
レクタと増幅器2の帰還ノード2bとの間に接続された
抵抗R2とを具備するようにした。
Description
に係わり、特に出力電圧に重畳される雑音電圧の低減と
同時に、起動時の出力電圧の立ち上がり時間を短くする
技術に関するものである。
であり、1は基準電圧源、2は増幅器、3は中間端子、
4は出力端子、C1は容量、R1は抵抗、D1はダイオ
ードである。増幅器2は基準電圧源1の電圧を入力ノー
ド2aに入力して、出力ノード2cに現れる電圧を帰還
ノード2bに帰還することにより、基準電圧源1の電圧
を増幅した一定の基準電圧を中間端子3に出力する。容
量C1と抵抗R1はローパスフィルタを構成し、出力端
子4の電圧に重畳される、基準電圧源1や増幅器2を構
成する抵抗素子で発生する熱雑音による雑音電圧の実効
値を低減させている。またダイオードD1は、抵抗R1
をバイパスするよう接続され、電源投入時に中間端子3
の電圧Vaが0Vから次第に上昇していく際、抵抗R1
をバイパスして容量C1を充電し、出力端子4の電圧V
bを素早く立ち上がらせる。
ードD1が電流を流すためには、それがONするための
電圧をアノード・カソード間に印加する必要があり、シ
リコン半導体の場合、この電圧は約0.7V程度必要で
ある。このため図4における出力端子4の電圧Vbの立
ち上がりは、図5(b)に示すように、ある一定の電圧ま
では早いが、途中からはダイオードD1がOFFしてし
まうため、その後は容量C1は抵抗R1を介して充電さ
れることになり、電圧Vbの立ち上がりが遅くなる。
早くなるが、R1とC1で構成されるローパスフィルタ
のカットオフ周波数が高くなるため、出力端子4におけ
る雑音電圧の実効値は増加してしまう。
ものであり、その目的は、出力雑音電圧の実効値を減少
させつつ、出力電圧の立ち上がりを素早くした基準電圧
発生回路を提供することである。
請求項1の発明は、基準電圧源の電圧を増幅して出力す
る出力ノードの電圧を帰還ノードに帰還して前記出力ノ
ードの電圧が一定になるよう制御する増幅器と、該増幅
器の帰還ノードに接続された中間端子と出力端子との間
に接続された第1の抵抗と、前記出力端子と接地との間
に接続された容量とを具備する基準電圧発生回路におい
て、前記増幅器の出力ノードにコレクタとベースが接続
され前記増幅器の帰還ノードにエミッタが接続されたN
PN型の第1のトランジスタと、前記増幅器の出力ノー
ドにエミッタが接続されベースが前記出力端子に接続さ
れたPNP型の第2のトランジスタと、該第2のトラン
ジスタのコレクタと前記増幅器の帰還ノードとの間に接
続された第2の抵抗とを設けたことを特徴とする基準電
圧発生回路とした。
て、前記第2の抵抗を、アノードが前記第2のトランジ
スタのコレクタに、カソードが前記帰還ノードに接続さ
れたダイオードに置き換えたことを特徴とする基準電圧
発生回路とした。
基準電圧発生回路の回路図、図2は図1の詳細な回路図
である。図1において、1は基準電圧源、2は増幅器、
3は中間端子、4は出力端子、C1は容量、R1,R2
は抵抗、Q1はNPN型のトランジスタ(ダイオード接
続)、Q2はPNP型のトランジスタである。抵抗R1
と容量C1はローパスフィルタを構成している。
うに、PNP型のトランジスタQ3,Q4,Q5とNP
N型のトランジスタQ6,Q7、および抵抗R3,R4
からなるバンドギャップ型基準電圧発生部で構成されて
いる。基準電圧はトランジスタQ6,Q7のエミッタ比
と抵抗R3,R4の抵抗比により設定される。つまり、
トランジスタQ7のベース・エミッタ間電圧Vbe7と抵
抗R4に生ずる電圧の和がバンドギャップ電圧(1.205
V)となるように設定される。トランジスタQ4,Q5
はトランジスタQ6,Q7に同じ電流を供給するための
カレントミラー回路を構成する。トランジスタQ3は出
力用である。
動作を開始すると、トランジスタQ3はトランジスタQ
1,Q2を介して中間端子3に電流を供給し始める。こ
の中間端子3の電圧Vaは帰還ノード2bからトランジ
スタQ6,Q7に負帰還され、その電圧Vaが一定とな
るように、全体が動作する。このようにして中間端子3
の電圧VaはトランジスタQ3からの電流によりある一
定の電圧V1まで上昇する。しかし、出力端子4の電圧
Vbは抵抗R1を通して容量C1に電荷が蓄積されなけ
ればならないため、中間端子3に比べると電圧が所定値
に上昇するまで時間がかかる。
に瞬時に達したとして、その後、抵抗R1を通して流れ
る電流により容量C1の電荷が蓄積されて、出力端子4
の電圧Vbが上昇していく過程は、 Vb=Va[1−exp{−t/(C1・R1)}] (1) により表される。この式より、中間端子3の電圧Vaが
いかに早く立ち上がろうとも、R1とC1の値を大きく
するほど、出力端子4の電圧Vbの立ち上がりは中間端
子3に比べて遅くなることが分かる。
Vaはある一定電圧e1まで立ちあがったが、出力端子
4の電圧Vbは電圧Vaに比べ低い電圧e2までにしか
上昇していない場合を考える。このときトランジスタQ
2のベース・エミッタ間の電位差は、 Vbe2=e1+Vbe1−e2 (2) となる。ここで、Vbe1はトランジスタQ1のベース・
エミッタ間の電位差で、トランジスタQ1のコレクタ電
流をIc1としたとき、 Vbe1=VT・ln(Ic1/Is) (3) となる。但し、VT=K・T/q、Is:接合飽和電流、
K:ボルツマン定数、T:周囲絶対温度、q:電子の電
荷量である。
り変化するが、シリコン半導体の場合、常温で約0.7
V程度になる。(3)式で表される電位差Vbe1により、ト
ランジスタQ2は以下に示すようなコレクタ電流 Ic2=Is[exp Vbe2/VT] (4) を流そうとする。
ランジスタQ2のエミッタ・コレクタ間の電位差Vec2
は、 Vec2=Vbe1−R2・Ic2 (5) のようになる。この(5)式よりコレクタ電流Ic2がある
一定値に達するとトランジスタQ2のエミッタ・コレク
タ間の電位差Vec2が十分取れなくなり、トランジスタ
Q2は動作は飽和領域になる。特に抵抗R2の値が大き
い場合は、トランジスタQ2のコレクタ電流がわずかで
も、トランジスタQ2の動作は飽和領域に入る。
ては、電流増幅率は落ち、コレクタ電流は減少する。こ
のためトランジスタQ2のエミッタより流れ込んだ電流
の大部分はトランジスタQ2のベース電流となる。この
電流は抵抗R1を介さずに、直接的に容量C1に流れ込
むため、その容量C1の電荷は急速に蓄積され、出力端
子4の電圧Vbは急速に上昇する。
3の電位Vaに近くなると、電位差Vbe2が減少し、コ
レクタ電流Ic2も減少する。このことにより電位差Vec
2も増加するため、トランジスタQ2は飽和領域での動
作を脱し、エミッタから流れ込む電流の大半はコレクタ
電流Ic2となり、ベース電流は減少する。この状態にな
ったときは容量C1への充電は抵抗R1を介して流れ込
む電流だけとなり、出力端子4の電圧Vbの上昇は(1)
式に従い、中間端子3の電圧Vaに近づく。
4の従来回路における中間端子3の電圧Vaの変化であ
り、この電圧Vaがある時刻t0において一定電圧値V
1まで急激に立ち上がっている様子を示す。図5(b)は
図4における出力端子4の電圧Vbの変化を示してい
る。従来回路の場合、出力端子4の電圧Vbが0〜V2
に上昇するまでは充電用のダイオードD1がONしてい
るため、比較的早く立ち上がっているが、V2〜V1ま
ではダイオードD1がOFFしてしまうため、容量C1
は抵抗R1を介して充電されるため、(1)式に従い、そ
の電圧値の上昇率は遅くなる。V2〜V1までの電位差
はシリコンの半導体の場合、約0.7V程度ある。
おける中間端子3の電圧Va及び出力端子4の電圧Vb
の上昇を示したものである。本実施形態においては出力
端子4の電圧Vaは、トランジスタQ2のベース電流に
より容量C1が充電されるため、0〜V3(V3>V
2)までは急激に立ち上がり、その後は電圧V1まで抵
抗R1を介して容量C1に流れ込む電流により、次第に
電圧V1に近づいて行く。しかしながら電圧V3の値は
図5の電圧V2に比べると高く、図1のPNP型のトラ
ンジスタQ2が飽和状態を脱するまで続く。このため出
力端子4の電圧VbがV1付近に達するまでの時間は非
常に早くなる。
電圧Vbが一定値V1に達してしまうと、トランジスタ
Q2のベースから出力端子4へのベース電流Ib2は、ト
ランジスタQ2の非飽和領域における電流増幅率をβと
すると、 Ib2=Ic1/β (6) となる。通常βは100程度あるため、ベース電流Ib2
の値は非常に小さくなり、出力端子4の電圧Vbの変化
にはほとんど影響を与えなくなる。
生回路を示す図であり、図1、図2における抵抗R2を
ダイオードD2に置き換えたものである。図1、図2に
おいては、抵抗R2とトランジスタQ2のコレクタ電流
で中間端子3とトランジスタQ2のコレクタとの間に電
位差を発生させていたが、これをダイオードD2のON
電圧に置き換えたものであり、同様に動作する。
ャップ型の回路により発生させていたが、これに限られ
るものではなく、他の方式で基準電圧発生する回路にも
適用できることは勿論である。
の抵抗の値を大きくして出力端子の電圧に現れるノイズ
を低減しつつ、起動時にはこの抵抗をバイパスして容量
を急速充電できるため、出力端子の電圧を素早く立ち上
がらせることができる。このことにより、低ノイズであ
りながら、素早く起動する基準電圧発生回路を実現する
ことができる。このような特徴を備えることにより、本
発明は待機時の消費電流を低減するために頻繁にON/
OFFを繰り返しながらも、出力雑音電圧が低いことを
求められるような用途に適している。
図である。
である。
回路図である。
特性図である。
Vbの特性図である。
端子
Claims (2)
- 【請求項1】基準電圧源の電圧を増幅して出力する出力
ノードの電圧を帰還ノードに帰還して前記出力ノードの
電圧が一定になるよう制御する増幅器と、該増幅器の帰
還ノードに接続された中間端子と出力端子との間に接続
された第1の抵抗と、前記出力端子と接地との間に接続
された容量とを具備する基準電圧発生回路において、 前記増幅器の出力ノードにコレクタとベースが接続され
前記増幅器の帰還ノードにエミッタが接続されたNPN
型の第1のトランジスタと、前記増幅器の出力ノードに
エミッタが接続されベースが前記出力端子に接続された
PNP型の第2のトランジスタと、該第2のトランジス
タのコレクタと前記増幅器の帰還ノードとの間に接続さ
れた第2の抵抗とを設けたことを特徴とする基準電圧発
生回路。 - 【請求項2】請求項1において、 前記第2の抵抗を、アノードが前記第2のトランジスタ
のコレクタに、カソードが前記帰還ノードに接続された
ダイオードに置き換えたことを特徴とする基準電圧発生
回路。
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- 2001-04-25 JP JP2001128140A patent/JP4647130B2/ja not_active Expired - Fee Related
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