JP2988858B2 - 温度検出回路 - Google Patents

温度検出回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、抵抗の変化によって温
度を検出する掛算器の回路を利用した温度検出回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】温度検出回路としては、温度センサー集
積回路(以下、温度センサーIC)が一般に普及してい
る。図4は温度センサーICの説明図であるが、この図
では温度センサーICの出力電流を電流計Aで測定する
ことにより温度を知るように構成されている。無論、電
圧を測定することにより温度を知る温度センサーICも
ある。しかし、抵抗の変化で温度を知る温度センサーI
Cのような温度検出回路は普及していない。抵抗の変化
によって温度を知る半導体素子としてはサーミスターが
あるが、これは温度の上昇によって抵抗が減少する負の
温度特性を示すものが大部分であり、正の温度特性を示
すものは少ない。また、サーミスターは、使用される半
導体材料によって温度特性が設定されるので、回路定数
の変更により温度特性を細かく変更し、設定するといっ
たことはできない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、抵抗
の変化によって温度を検出できる温度センサーICのよ
うな温度検出回路を提供することにある。無論、その温
度特性は正、負のいずれでも実現することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の温度検出回路
は、夫々差動形の対数変換回路とエミッタ接地増幅回路
からなる掛算回路を有しており、該掛算回路の出力端子
と対数変換回路の片側入力端子を接続してあり、エミッ
タ接地増幅回路の片側入力端子には別の温度検出回路の
出力電圧が接続されていることを特徴とする。
【0005】
【作用】温度変化によって別の温度検出回路の出力電圧
が変化することにより、出力端子から見た本発明の温度
検出回路の抵抗が変化する。これによって、温度を検出
することができる。また、温度特性は別の温度検出回路
の特性によって正、負のいずれでも実現できる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の温度検出回路の実施例を示す
回路図である図1を参照しながら説明する。図1の回路
は、基本的には四象限掛算器と称される掛算回路の構成
を有する。左側はエミッタ接地増幅回路、右側が対数変
換回路である。対数変換回路の片側の入力端子2と出力
端子3が接続されている。この出力端子3は、本来は掛
算器の出力端子であるが、入力端子2と接続されること
により温度検出回路の出力端子となる。
【0007】エミッタ接地増幅回路は、トランジスタQ
1、Q2、Q3、Q4が上側差動対、トランジスタQ
7、Q8が下側差動対を形成する二重平衡形差動増幅回
路からなる。トランジスタQ7、Q8のエミッタは、第
2の抵抗RXを介して互いに接続され、また電流源S
1、S2を介して夫々接地される。トランジスタQ7の
ベースに電圧源EX、トランジスタQ8のベースに電圧
源E2が接続される。本発明では、この電圧源EXとし
て温度センサーIC等の別の温度検出回路を用いる。
【0008】トランジスタQ7、Q8のコレクタは、共
通接続されたトランジスタQ1、Q2のエミッタ、トラ
ンジスタQ3、Q4のエミッタに夫々接続される。共通
接続されたトランジスタQ1、Q3のコレクタは、トラ
ンジスタQ11、Q12からなる第1の電流ミラー回路
11に接続され、また共通接続されたトランジスタQ
2、Q4のコレクタはトランジスタQ13、Q14から
なる第2の電流ミラー回路12に接続される。トランジ
スタQ11、Q12、Q13、Q14のエミッタは、電
源端子1に接続する。
【0009】第1の電流ミラー回路11の負荷側のトラ
ンジスタQ11のコレクタは、トランジスタQ20を経
て第3の電流ミラー回路13のバイアス側のトランジス
タQ23のコレクタに接続する。第3の電流ミラー回路
13は、トランジスタQ23、Q24、Q22からな
る。第2の電流ミラー回路12の負荷側のトランジスタ
Q14のコレクタは、トランジスタQ21を経て第4の
電流ミラー回路14のバイアス側のトランジスタQ26
のコレクタに接続する。第4の電流ミラー回路は、トラ
ンジスタQ26、Q27、Q25からなる。トランジス
タQ20、Q21のベースには、夫々電圧源E4、E5
が接続される。
【0010】第4の電流ミラー回路14の負荷側のトラ
ンジスタQ27のコレクタは、出力端子3に接続する。
電流ミラー回路11、12はエミッタ接地増幅回路の負
荷として接続し、トランジスタQ20、Q21はトラン
ジスタQ11、Q14のアーリー効果による増幅作用の
変動を防ぐために接続される。また、電流ミラー回路1
3、14によって電流ミラー回路11、12の差電流を
検出し、その差電流を出力端子3に流すようにしてあ
る。
【0011】対数変換回路は、差動対を形成するトラン
ジスタQ9、Q10、そのエミッタ間を接続する第1の
抵抗RY、コレクタに接続するダイオード接続されたト
ランジスタQ5、Q6からなり、差動増幅回路が形成さ
れている。トランジスタQ9、Q10のエミッタは電流
源S3、S4を経て接地される。トランジスタQ9、Q
10のベースには電圧源EY、E1が夫々接続される。
また、トランジスタQ9、Q10のコレクタは、共通接
続されたトランジスタQ2、Q3のベース、トランジス
タQ1、Q4のベースに夫々接続する。A、Bはその接
続点である。
【0012】ダイオード接続されたトランジスタQ5と
トランジスタQ17のベース同志、エミッタ同志は夫々
接続している。トランジスタQ17はトランジスタQ1
9を経て電源電圧VCCが加えられる出力端子1に接続さ
れる。ダイオード接続されたトランジスタQ6とトラン
ジスタQ18のベース同志、エミッタ同志も夫々接続し
ている。トランジスタQ18のコレクタは、端子1に接
続される。ダイオード接続されたトランジスタQ5、Q
6のコレクタ同志も接続され、電圧源E3に接続する。
電圧源E3は電源電圧VCCが加えられる電源端子1に接
続にする。
【0013】トランジスタQ15、Q16、Q19は第
5の電流ミラー回路15を形成し、トランジスタQ1
5、Q16のエミッタ、トランジスタQ19のコレクタ
が電源端子1に接続される。電流ミラー回路15の負荷
側のトランジスタQ15のコレクタは、電流ミラー回路
14の負荷側のトランジスタQ27のコレクタに接続す
る。電流ミラー回路15は、トランジスタQ9のベース
電流の不足分を補う役割をしているが、除かれる場合も
ある。
【0014】次に、このように構成された温度検出回路
の出力端子3から見た抵抗R0 を求める。四象限掛算器
の基本構成であるギルバートセルが、トランジスタQ
1、Q2とトランジスタQ5、Q6によって形成される
ので、接続点A、B間の電圧VAB、接続点A、Bを流れ
る電流IA 、IB 、トランジスタQ1のコレクタ電流I
1 、トランジスタQ2のコレクタ電流I2 の間には
(1)式が成立する。
【0015】 VAB=(kT/q)Ln(I1 /I2 )=(kT/q)Ln(IB /IA ) (1) なお、(kT/q)は熱電圧であり、kはボルツマン定
数、Tは絶対温度、qは電子の電荷である。したがっ
て、(2)式から(6)式までが成立する。 I1 /I2 =IB /IA (2) IA /(IA +IB )=I2 /(I1 +I2 ) (3) IB /(IA +IB )=I1 /(I1 +I2 ) (4) I2 ={IA /(IA +IB )}・(I1 +I2 ) (5) I1 ={IB /(IA +IB )}・(I1 +I2 ) (6)
【0016】同様に、トランジスタQ3、Q4とトラン
ジスタQ5、Q6によってもギルバートセルは形成され
ているので、トランジスタQ3、Q4のコレクタ電流I
3 、I4 は(7)式、(8)式で表される。 I3 ={IA /(IA +IB )}・(I3 +I4 ) (7) I4 ={IB /(IA +IB )}・(I3 +I4 ) (8)
【0017】トランジスタQ9、Q10、Q7、Q8の
コレクタ電流I9 、I10、I7 、I8は(9)式から
(12)式で与えられる。 I9 =IS1+{(VY −V1 )/RY }=IS1+IY =I5 (9) I10=IS1−{(VY −V1 )/RY }=IS1−IY =I6 (10) I7 =IS2+{(V2 −VX )/RX }=IS2−IX (11) I8 =IS2−{(V2 −VX )/RX }=IS2+IX (12)
【0018】なお、I5 、I6 はトランジスタQ5、Q
6のコレクタ電流、IS1は電流源S3、S4の電流、I
S2は電流源S1、S2の電流、IX 、IY は抵抗RX、
RYを流れる電流、VY 、VX 、V1 、V2 は夫々電圧
源EY、EX、E1、E2の電圧、RY 、RX は抵抗R
Y、RXの抵抗値である。出力端子3を流れる電流I0
は、トランジスタQ21、Q24、Q27、Q13、Q
12のコレクタ電流I21、I24、I27、I13、I12
(13)式の関係が成立する。
【0019】 I0 =I21−I24=I27=I13−I12=I2 +I4 −(I1 +I3 )(13) (5)式から(8)式までを(13)式に代入すると
(14)式が得られる。 I0 =(I7 ・I6 +I8 ・I5 −I7 ・I5 −I8 ・I6 )/(I9 +I10) (14) I9 、I10はトランジスタQ9、Q10のコレクタ電流
であり、I9 =IB 、I10=IA である。
【0020】さらに、(14)式に(9)式から(1
2)式までを代入すると、(15)式が得られる。 I0 =2IX Y /IS1=(2/IS1)・(VX /RX )・(VY /RY ) (15) よって、出力端子3から見た抵抗R0 は(16)式で表
される。 R0 =VY /I0 =RX Y S1/(2VX )=C/2VX (16) 但し、C=RX Y S1/2である。
【0021】(16)式は、電圧VX が変わることによ
り、出力端子3から見た抵抗R0 が変化することを示し
ている。したがって、電圧VX を温度センサーICのよ
うな別の温度検出回路によって得るようにすれば、サー
ミスターのように抵抗の変化によって温度を検出できる
ことがわかる。温度特性は温度センサーICの特性によ
って正、負のいずれでも設定できる。また、抵抗値
X 、RY によって温度特性を細かく変更し、設定する
ことができる。
【0022】図2は、電圧源EYの電圧VY と出力端子
3の電流I0 の関係を示す特性図であり、電圧源EXの
電圧VX をパラメータとしてある。なお、電源電圧
CC、電圧源E1の電圧V1 、電圧源E2の電圧V2
夫々10V、4V、5V、電圧源E3、E4、E5の電
圧は夫々2V、3V、3Vである。電流IS1、IS2は3
00μA、抵抗RX、RYは夫々50KΩ、10KΩで
ある。
【0023】図2では勾配が抵抗R0 に相当し、電圧V
X が変化することにより抵抗も変化することがわかる。
このような温度検出回路は、例えば図3の回路図に示す
ようにして利用することができる。図3は基本的なエミ
ッタ接地増幅回路の回路図であるが、本発明の温度検出
回路は符号20で示してあり、その出力端子3はトラン
ジスタQ30のベースに接続している。
【0024】10は電源端子、11は増幅回路の出力端
子、R3は負荷抵抗、R1、R2、R3はバイアス抵抗
であり、入力信号はトランジスタQ30のベースに接続
される。温度検出回路20の存在によって、温度変化に
よるベース電流の変化を防ぎ、増幅動作を安定にするこ
とができる。なおこのような実際の回路で使用する場合
には、出力端子3に抵抗R1、R2で分割されたバイア
ス電圧が加わるので、電圧源EYが不要になることはい
うまでもない。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように本発明の温度検出回路
は、四象限掛算器の回路を利用して抵抗の変化により温
度を検出するものである。電圧出力の別の温度検出回路
の特性によって、温度特性は正、負のいずれでも実現で
きる。また、抵抗値のような回路定数によって、温度特
性を細かく設定できるので、他の回路と共に集積回路化
して使用する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の温度検出回路の実施例を示す回路図
である。
【図2】 本発明の温度検出回路の特性図である。
【図3】 本発明の温度検出回路を利用した回路の回路
図である。
【図4】 従来の温度検出回路の説明図である。
【符号の説明】
RX 第2の抵抗 RY 第1の抵抗 3 出力端子

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 夫々差動形の対数変換回路とエミッタ接
    地増幅回路からなる掛算回路を有しており、該掛算回路
    の出力端子と対数変換回路の片側入力端子を接続してあ
    り、エミッタ接地増幅回路の片側入力端子には別の温度
    検出回路の電圧出力が接続されていることを特徴とする
    温度検出回路。
  2. 【請求項2】 対数変換回路とエミッタ接地増幅回路か
    らなる掛算回路を有しており、該掛算回路の出力端子と
    対数変換回路の片側入力端子を接続してあり、エミッタ
    接地増幅回路の片側入力端子には別の温度検出回路の電
    圧出力が接続され、対数変換回路はダイオード接続され
    たトランジスタを負荷として接続してあり、差動対を形
    成する二つのトランジスタのエミッタ間に第1の抵抗を
    接続した差動増幅回路からなり、エミッタ接地増幅回路
    は下側差動対を形成するトランジスタのエミッタ間に第
    2の抵抗を接続された二重平衡形差動増幅回路からな
    り、負荷として第1、第2の電流ミラー回路を接続して
    あり、さらに第1の電流ミラー回路は第3の電流ミラー
    回路、第2の電流ミラー回路は第4の電流ミラー回路に
    夫々接続され、出力端子に接続する第4の電流ミラー回
    路と第3の電流ミラー回路を接続することにより第1と
    第2の電流ミラー回路の差電流が出力端子に流れること
    を特徴とする温度検出回路。
  3. 【請求項3】 別の温度検出回路は温度センサーICで
    ある請求項1又は請求項2の温度検出回路。
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