JP2604043Y2 - 基準電圧源回路 - Google Patents

基準電圧源回路

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JP2604043Y2 JP1993051450U JP5145093U JP2604043Y2 JP 2604043 Y2 JP2604043 Y2 JP 2604043Y2 JP 1993051450 U JP1993051450 U JP 1993051450U JP 5145093 U JP5145093 U JP 5145093U JP 2604043 Y2 JP2604043 Y2 JP 2604043Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、半導体集積回路におい
て、1V以下の低電圧でも動作可能な基準電圧源回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】図3に従来の低電圧動作可能な基準電圧
源回路を示す。この回路は、エミッタ面積比を1:N
(N>1)としたトランジスタQ22とトランジスタQ
21のベースをそれぞれ互いに接続し、トランジスタQ
21のエミッタを抵抗R23を介して接地し、トランジ
スタQ21のベースとエミッタの間に抵抗R21、R2
2を接続した基準電圧源10と、このトランジスタQ2
1、Q22のコレクタにトランジスタQ23、Q24か
らなるカレントミラー回路11を接続したものである。
【0003】そして、トランジスタQ23、Q21のコ
レクタに制御用のトランジスタQ26、Q25を接続
し、トランジスタQ28、Q27および抵抗R24から
なるスタートアップ回路12が接続されている。また、
6は基準電圧Vr を出力する出力端子、8は電源、9は
接地である。
【0004】このような回路では、トランジスタQ21
のベース・エミッタ間の電圧をVBE21とし、トランジス
タQ22のベース・エミッタ間の電圧をVBE22として、
抵抗R23の両端に発生する電圧VXを求めると、 VX=VBE22−VBE21 =VT・ln(IC/IS)−VT・ln(IC/IS・N) =VT・ln N …(1) が得られる。 VTはサーマル電圧、IS は逆方向飽和電
流、ln は自然対数である。
【0005】基準電圧Vrを電圧VXを用いて表わせば、 Vr=VX+(VBE22−VX)[R22/(R21+R22)] =VX・[R21/(R21+R22)] +VBE22[R22/(R21+R22)] …(2) となり、式(1)、(2)より、 Vr=[R21/(R21−R22)]・VT・ln N +VBE22[R22/(R21+R22)] …(3) で表わされる。
【0006】これを温度Tで微分すると、 d Vr/dT=[R21/(R21+R22)]・k/q・ln N +[R22/(R21+R22)]・d VBE22 /dT …(4) となる。kはボルツマン定数、qは電子の電荷である。
この式(4)の第2項のd VBE22 /dTは約−2mV
/℃であり、抵抗R21、R22の比を適切に選ぶこと
により、温度の依存度が低い基準電圧が得られる。
【0007】
【考案が解決しようとする課題】しかし、上記に述べた
ような、トランジスタQ21のベース・エミッタ間に抵
抗R21、R22を挿入し、その接続点より基準電圧を
取り出す構成では、設計が合せ込みになり、温度係数が
通常のバンドギャップより大きく、出力インピーダンス
も高くなり、任意の電圧を得るため出力に新たな増幅回
路が必要になるなどの問題があった。以下、これらにつ
いて詳しく述べる。
【0008】式(2)の第2項におけるベース・エミッ
タ間の電圧VBE22は、 VBE22=VT・ln(IC/IS) …(5) であるが、このコレクタ電流IC は抵抗R21、R22
に流れる電流をI3 とすると、 IC =VX /R3 −I3 =VT /R3 ・ln N−I3 …
(6) I3 =VBE21 /(R21+R22) [VT /(R21+R22)]・ln(IC /IS・N) …(7)
【0009】式(6)、(7)より、 IC =(VT /R3 )・ln N −[VT /(R21+R22)]・ln(IC /IS・N) …(8) となる。この式(8)より、コレクタ電流IC を希望す
る電流値にするには、コンピュータシミュレーション等
による合せ込みが必要であり、設計に多大な時間を要し
ていた。
【0010】また、通常のバンドギャップリファレンス
では、動作電流は(VT /R)・lnNで表わされ、温
度特性はサーマル電圧VT が約3500ppm/℃であ
り、抵抗が拡散抵抗の場合は約2000ppm/℃で、
ともに正の温度計数であり、その差が動作電流の温度係
数となる。ベース・エミッタ間の電圧の温度係数は、動
作電流の増加とともに小さくなるため、動作電流の変動
により実際は零にならない。
【0011】図3における回路では、温度上昇ととも
に、トランジスタQ21のベース・エミッタ間電圧VBE
21の電位は下がり、抵抗R21、R22の抵抗値は上が
るので、電流I3 は減少する。
【0012】このため、動作電流は通常のバンドギャッ
プのサーマル電圧VT と、抵抗R23の差に加えて変動
分の電流iが加えられるため、温度係数は大きくなる。
【0013】本考案は、上記のような問題点を解決し、
温度係数が小さく、安定した基準電圧を供給するための
動作電流の設計が容易な基準電圧源回路を提供すること
を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本考案は第1のトランジスタのベースと接地間に、
第1の抵抗と第2の抵抗を直列に接続した基準電圧源
と、該第1、第2の抵抗の接続点に第2のトランジスタ
のベースを接続し、コレクタを第3の抵抗を介して接地
し、エミッタ面積比を1:N(N>1)とした第2のト
ランジスタと第3のトランジスタを差動接続した第1の
差動増幅器と、該第2のトランジスタのコレクタを非反
転入力に接続した第2の差動増幅器と、該第2の差動増
幅器の出力を第4のトランジスタのベースに接続し、エ
ミッタを第5の抵抗を介して接地するとともに、第2の
差動増幅器の反転入力に接続し、それぞれのベースを互
いに接続し、エミッタ面積比をM:1(M>1)とした
第4、第5のペアトランジスタと、該第4のトランジス
タのコレクタを第6のトランジスタと第6の抵抗を介し
て、第1の差動増幅器の第3のトランジスタのベースに
帰還をかけ、該第4、第5のペアトランジスタにて設定
される電流を、基準電圧源と第1の差動増幅器に転移す
るカレントミラー回路を接続した構成としたものであ
る。
【0015】
【実施例】以下、本考案の実施例について説明する。図
1は本考案の一実施例の回路図を示す。図において、1
は第1のトランジスタQ8のベースと接地9間に第1の
抵抗R1と第2の抵抗R2を直列に接続した基準電圧源
であり、トランジスタQ7、Q9は抵抗R1、R2に電
流を供給している。2は第2のトランジスタQ11と第
3のトランジスタQ12及び第3の抵抗R3からなる第
1の差動増幅器であり、トランジスタQ11、Q12は
エミッタ面積比を1:N(N>1)に設定しており、ト
ランジスタQ11のコレクタは抵抗R3を介して接地9
に接続している。
【0016】3は第2の差動増幅器であり、トランジス
タQ11のコレクタを非反転入力に接続している。4は
第4のトランジスタQ16と第5のトランジスタQ17
からなるペアトランジスタであり、エミッタ面積比を
M:1(M>1)に設定し、ベースをともに第2の差動
増幅器3の出力に接続し、トランジスタQ16のエミッ
タを第5の抵抗R5を介して接地9に接続するととも
に、第2の差動増幅器3の反転入力に接続している。ま
た、トランジスタQ16のコレクタは第6の出力用のト
ランジスタQ13と第6の抵抗R6を介して、第1の差
動増幅器2のトランジスタQ12のベースに帰還をかけ
ている。
【0017】5は、トランジスタQ14、Q15、Q1
0、Q5、Q6、Q4からなるカレントミラー回路であ
り、上記ペアトランジスタ4で設定される電流をトラン
ジスタQ10、Q6、Q5、Q4に転移している。7は
トランジスタQ1、Q2、Q3、抵抗R7、R8からな
るスタートアップ回路であり、6は出力端子、8は電
源、9は接地である。
【0018】この実施例の回路において、トランジスタ
Q8のベース・エミッタ間の電圧をVBE 8、トランジス
タQ11のベース・エミッタ間の電圧をVBE11、トラン
ジスタQ12のベース・エミッタ間の電圧をVBE12、ト
ランジスタQ16のベース・エミッタ間の電圧をVBE1
6、トランジスタQ17のベース・エミッタ間の電圧を
VBE17とし、抵抗R3に流れる電流をI1、抵抗R5を
流れる電流をI2と定め、トランジスタQ12のベース
電圧をVrとすると基準電圧Vrは、 Vr=VBE 8・[R2/(R1+R2)]+VBE11−VBE12 …(9) となる。
【0019】このとき、トランジスタQ16、Q17は
エミッタ面積比をM:1(M>1)に設定してあるの
で、電流I2 は、 I2 =(VBE17 −VBE16)/R5 =[VT・ln(I2 /IS)−VT・ln(I2 /IS・M)]/R5 =(VT/R5)・ln M …(10) となる。
【0020】また、カレントミラー回路5のトランジス
タQ10のエミッタ面積を、トランジスタQ14、Q1
5のL倍に設定すると、トランジスタQ12のコレクタ
電流IC 12は、 IC 12=I2 ・L−I1 …(11) I1 =I2 ・(R5/R3) …(1 2)
【0021】式(11)、(12)より、 IC 12=I2 ・L−I2 ・(R5/R3) =I2[L−(R5/R3)] …(13)
【0022】式(9)に、式(10)、(11)、(1
2)を代入すると、 Vr =VBE8・[R2/(R1+R2)] +VT ・ln [I2・(R5/R3)/IS ] −VT・ln {I2 [L−(R5/R3)]/IS ・N} …(14) =VBE8 ・[R2/(R1+R2)]+VT・ln{ (R5/R3)・N/[L−(R5/R3)]} …(15)
【0023】式(15)を温度Tで微分すると、 dVr /dT=dVBE8 /dT・[R2/(R1+R2)] +(k/q)・ln{(R5/R3)・N /[L−(R5/R3)]} …(16) で示される。ここで、dVBE8 /dTは約−2mV/℃
であり、抵抗R1、R2、R3、R5及びトランジスタ
Q11、Q12、Q14、Q10のエミッタ面積比N、
Lを適切に設定することによって温度係数を下げること
ができる。
【0024】図2は本考案の他の実施例を示すものであ
り、図において図1と同一符号は同一または相当するも
のを表わす。この回路は第1の作動増幅器の出力をトラ
ンジスタQ12から取り出したものである。これは、図
1で出力電圧を高くした場合、トランジスタQ13のベ
ース・エミッタ間で動作電圧が制限されるため、図2に
おいてこれを防ぐためにトランジスタQ13をPNPタ
イプとしている。また、基準電圧源を簡素化することに
よりトランジスタの数を少なくした構成となっている。
【0025】
【考案の効果】以上説明したように、本考案における基
準電圧源回路では、動作電流は式(10)によって決ま
るため設計が容易であり、その温度依存性もサーマル電
圧と抵抗R5によって決まるため、従来より小さな温度
係数が得られる。また出力電圧は抵抗R6とR4の比で
容易に設定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例の回路図である。
【図2】本考案の他の実施例の回路図である。
【図3】従来の基準電圧源回路の回路図である。
【符合の説明】
1 基準電圧源 2 第1の差動増幅器 3 第2の差動増幅器 4 ペアトランジスタ 5 カレントミラー回路 6 出力端子 7 スタートアップ回路 8 電源 9 接地

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のトランジスタのベースと接地間
    に、第1の抵抗と第2の抵抗を直列に接続した基準電圧
    源と、該第1、第2の抵抗の接続点に第2のトランジス
    タのベースを接続し、コレクタを第3の抵抗を介して接
    地し、エミッタ面積比を1:N(N>1)とした第2の
    トランジスタと第3のトランジスタを差動接続した第1
    の差動増幅器と、該第2のトランジスタのコレクタを非
    反転入力に接続した第2の差動増幅器と、該第2の差動
    増幅器の出力を第4のトランジスタのベースに接続し、
    エミッタを第5の抵抗を介して接地するとともに、第2
    の差動増幅器の反転入力に接続し、それぞれのベースを
    互いに接続し、エミッタ面積比をM:1(M>1)とし
    た第4、第5のペアトランジスタと、該第4のトランジ
    スタのコレクタを第6のトランジスタと第6の抵抗を介
    して、第1の差動増幅器の第3のトランジスタのベース
    に帰還をかけ、該第4、第5のペアトランジスタにて設
    定される電流を基準電圧源と第1の差動増幅器に転移す
    るカレントミラー回路を接続したことを特徴とする基準
    電圧源回路。
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