JP3070185B2 - 定電圧回路 - Google Patents

定電圧回路

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JP3070185B2
JP3070185B2 JP3277722A JP27772291A JP3070185B2 JP 3070185 B2 JP3070185 B2 JP 3070185B2 JP 3277722 A JP3277722 A JP 3277722A JP 27772291 A JP27772291 A JP 27772291A JP 3070185 B2 JP3070185 B2 JP 3070185B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は定電圧回路に係り、特に
温度変化に対して安定した出力電圧を得る定電圧回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】IC(集積回路)等の内部基準電圧を生
成する基準電圧回路としては、従来図7に示すようなバ
ンドギャップツェナー回路が用いられていた。バンドギ
ャップツェナー回路は電流源CC4 ,抵抗R20…R22
トランジスタQ20…Q22よりなり、出力端子3,4間に
温度変動に対して安定な出力電圧が得られる構成とされ
ていた。
【0003】また、本出願人は特公昭55−18928 号公報
において低電圧基準電圧回路を提案した(図8にその原
理回路図を示す)。同図において、5は互いに電流密度
の異なるトランジスタQ23…Q24を有する差動増幅回路
であり、その出力は制御用トランジスタQ28のべースに
供給され、端子3,4間の電圧が一定に制御されてい
る。また、抵抗R24の両端の電圧は上記差動増幅回路5
の夫々の入力に供給されている。
【0004】図8の回路では、端子3と4間の電圧Vre
f をトランジスタQ29を構成するシリコン等の半導体の
エネルギーバンドギャップに相当する電圧Vgoと等しく
することによってVref が零温度係数を有する温度特性
とすることができ、温度が変動した場合にもVref を安
定に保つことができる構成とされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の定
電圧回路では、出力電圧Vref は温度の変動に対して安
定であり良好な定電圧電源となるが、Vref はトランジ
スタを構成するシリコンのエネルギーバンドギャップに
相当する電圧1.2Vに設定しなければならない。した
がって、近年増加しつつある1.2V以下の低電圧で動
作する種々の機器に対応できない欠点があった。
【0006】上記の点に鑑み本発明では、比較的簡単な
回路により、零温度係数を有する出力電圧を低電圧に設
定可能な定電圧回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、入力直流電圧を分圧して少なくとも第1及び第2
の分圧電圧を生成する分圧手段とべースに第1の分圧電
圧が付与される第1のトランジスタと第1のトランジス
タと電流密度が異なり第1のトランジスタとエミッタを
共通接続された第2のトランジスタと第1および第2の
トランジスタの共通エミッタに電流を供給する電流源と
一端に第2の分圧電圧が付与され他端を第2のトランジ
スタのべースに接続された第1の抵抗と第2のトランジ
スタのべース・エミッタ間に接続された第2の抵抗とを
具備し、第1のトランジスタと第2のトランジスタとの
電流密度比に応じて、第1の分圧電圧の温度係数が零と
なるよう第1及び第2の抵抗夫々の抵抗値を設定した。
【0008】
【作用】上記構成によれば、入力直流電圧を分圧した第
1の分圧電圧の温度係数が零となるため、分圧手段より
出力される分圧電圧は温度係数が零となるよう作用し、
第2の分圧電圧も勿論温度係数が零となる。
【0009】
【実施例】図1は本発明の第1実施例の具体的な回路
図、図2は本発明の第1実施例の回路構成図である。
【0010】図2に示すとおり、トランジスタQ1 のべ
ース・コレクタ間には電流源CC1 が接続され、エミッ
タには抵抗R1 が接続されている。これらの直列回路
は、端子1,2を介して電源VCCの両端に接続されてい
る。差動増幅器A1 には電源V CCが供給されており、抵
抗R1 の両端の電圧(第1及び第2の分圧電圧)が入力
されている。また、差動増幅器A1 の出力は、トランジ
スタQ1 のべースと電流源CC1 の共通接続点に供給さ
れている。
【0011】図1は差動増幅器A1 の構成を具体的に示
している。
【0012】すなわち、差動対トランジスタQ2,Q3
共通エミッタには電流源CC2 が接続され、夫々のコレ
クタには定電流トランジスタQ4,Q5 が接続されてい
る。トランジスタQ3(第2のトランジスタ) のコレクタ
出力は、制御用トランジスタQ 6 のべースに供給されて
いる。
【0013】また、抵抗R1 の上端の電圧はトランジス
タQ2(第1のトランジスタ) のべースに供給されてお
り、下端の電圧は抵抗R3(第1の抵抗)を介しトランジ
スタQ 3 のべースに供給されている。トランジスタQ3
のべース・エミッタ間には抵抗R2(第2の抵抗)が接続
されている。
【0014】ところで、トランジスタQ2,3 のエミッ
タ接合面積比をn:1としてトランジスタQ2,3 の電
流密度比に重み付けをする。トランジスタQ2,3 のべ
ース・エミッタ間電圧をVBE2,BE3 とすると、トラン
ジスタQ2,3 のべース入力電圧のオフセット電圧ΔV
BEは、 ΔVBE=VBE2 −VBE3 (1) となる。
【0015】回路各部の電圧、電流を図示のとおり定め
る。I5>>iB6, hFE>>1とすると、差動増幅器A1
の平衡条件は、 I4 = I5 (2) である。
【0016】また、I2>> iB2, I2>>iB3, I6>> i
B3, I3>>I6 とすると、抵抗R3 の両端電圧V3 は、 V3 =R3I6 =VBE3(R2/R3) (3) となる。
【0017】よって、抵抗R1 の両端電圧V1 は、 V1 =V3 +ΔVBE (4) (3), (4) 式より、 V1 =VBE3(R2/R3)+ΔVBE (5) で表される。
【0018】また、ここで、 VBE3 =Vgo{1−(T/T0)}+VBE03 (T/T0) (6) ΔVBE= (kT/q)ln (n) (7) である。
【0019】ただし、Vgoはトランジスタを構成するシ
リコンのエネルギーバンドギャップに相当する電圧
(1.12〜1.17〔eV〕),Tは動作温度〔K〕、
0 は基準となる動作温度〔K〕、VBE03はT=T0
ときのトランジスタQ3 のべース・エミッタ間電圧
〔V〕、kはボルツマン定数1.380662×10-23 〔JK
-1〕、qは電子の電荷量 1.6021892×10-19 〔C〕で
ある。
【0020】したがって、 (5) 式より
【0021】
【数1】
【0022】となる。
【0023】(8) 式において、両辺を温度Tで偏微分
すると、
【0024】
【数2】
【0025】となる。
【0026】ここで、 (9) 式において∂V1/∂T=0
となるように抵抗R2,R3 の値を設定すれば、抵抗R1
の両端電圧V1 の温度係数を零とすることができる。す
なわち、
【0027】
【数3】
【0028】となるように抵抗R2,R3 の値を設定すれ
ば∂V1/∂T=0となり、V1 の温度係数を零とするこ
とができる。
【0029】常温(T=T0)における抵抗R1 の両端電
圧V1 は、T=T0 として (8) 式より求められる。す
なわち、
【0030】
【数4】
【0031】となる。
【0032】ここで,(12) 式において第1項
【0033】
【数5】
【0034】は周知のとおり負の温度係数を示し、また
n>1としておけば第2項
【0035】
【数6】
【0036】は正の温度係数を示す。したがって、抵抗
2,R3の値をnの値に応じて設定することにより、抵
抗R1 の両端電圧V1 の温度係数を正でも負でも希望の
値とすることができ、勿論、上記のとおり零温度係数と
することも可能である。
【0037】抵抗R2,R3 の値が(11)式を満足するとき
に零温度係数が得られる。すなわち、(11)式を(12)式に
代入して、
【0038】
【数7】
【0039】で表される抵抗R1 の両端電圧V1 の温度
係数は零とされる。
【0040】ところで、(14)式から明らかなとおり抵抗
1 の両端電圧V1 は数10mVの低電圧から設定する
ことが可能であり、制御用トランジスタQ6 は電流I1
を制御して抵抗R1 の両端電圧V1 が(14)式を満足する
よう動作する。
【0041】図3はn=10としたときの抵抗R1 の両
端電圧V1 の温度係数を示す図である。同図に示すとお
り、抵抗R1 の両端電圧V1 が140mmVのとき温度係
数を零とすることができる。両端電圧V1 が140mmV
以下のときには温度係数は微増し、140mmV以上のと
きには微減する。
【0042】また(9)式より、トランジスタQ2,3
エミッタ接合面積比nを一定値としておき、抵抗R2,R
3 の値を選んでR3 /R2 の比を変えることにより、温
度係数を正の値でも負の値でも任意の値とすることもで
きる。
【0043】上記のとおり本実施例によれば、抵抗R1
の両端電圧の温度係数を低電圧において零とすることが
できるため、1.2V以下の低電圧で動作する種々の機
器において使用しても温度に対して安定な基準電圧を得
ることができる。また、抵抗値を選ぶことにより、任意
の温度特性を持たせた基準電圧を得ることも可能であ
る。
【0044】なお、抵抗R1 に拡散抵抗等の温度係数の
大きい(+数1000ppm/°C) 素子を用い、かつ電流
1 の温度係数を小さくしたい場合には、抵抗R1 の温
度係数に合わせて抵抗R1 の両端電圧V1 の温度係数も
大きくなるよう構成すればよい。
【0045】図4は本発明の第2実施例の回路構成図で
ある。
【0046】本実施例では、トランジスタQ1 のコレク
タと端子1との間に抵抗R6 が、トランジスタQ1 のエ
ミッタと抵抗R1 の上端との間に抵抗R4 が、抵抗R1
の下端と端子2との間に抵抗R5 が付加されて電源電圧
CCを分圧している。
【0047】本実施例においても、上記実施例と同様に
して抵抗R1 の両端電圧を零温度係数とすることができ
るので、各抵抗R4,R5,R6 の両端より零温度係数とさ
れた電圧を得ることができる。すなわち、
【0048】
【数8】
【0049】が得られる。
【0050】図5は本発明の第3実施例の回路構成図で
ある。本実施例は、制御用PNP型トランジスタQ16
PNP型トランジスタQ11と電流源CC3 とにより抵抗
1 の両端電圧を制御するように構成した例である。
【0051】図6は本発明の第4実施例の回路図であ
る。同図は、図5において、トランジスタQ11,Q16
NPN型とした例について、電流源CC3 と差動増幅回
路A2 を具体的に示した回路図である。このように、ト
ランジスタの極性は上記実施例にかぎるものでなく、P
NP型で構成したトランジスタをNPN型で構成し、ま
た、NPN型で構成したトランジスタをPNP型として
構成してもよい。
【0052】なお、上記第3および第4実施例において
は、前記第2実施例中のトランジスタQ1 のエミッタと
抵抗R1 間の抵抗R4は省略したが、このように抵抗R
4,…R6 は設計上必要に応じて省略してもよい。
【0053】
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、第1及び第
2の分圧電圧はじめ、分圧手段より出力される分圧電圧
の温度係数が零となるよう第1及び第2の抵抗の抵抗値
が設定されるため、分圧手段よりの分圧電圧を低電圧と
すれば、温度に対して安定な低電圧の基準電圧が得られ
る特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の本発明の第1実施例の具体的な回路図
である。
【図2】本発明の本発明の第1実施例の回路構成図であ
る。
【図3】本発明の本発明の第1実施例の温度係数の一例
を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例の回路構成図である。
【図5】本発明の第3実施例の回路構成図である。
【図6】本発明の第4実施例の回路図である。
【図7】従来の定電圧回路の一例の回路図である。
【図8】従来の定電圧回路の他の例の回路図である。
【符号の説明】
1,2 端子 Q2 第1のトランジスタ Q3 第2のトランジスタ R2 第2の抵抗 R3 第1の抵抗 n 電流密度比 CC1,CC2,CC3,CC4 電流源

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力直流電圧を分圧して少なくとも第1
    及び第2の分圧電圧を生成する分圧手段と、 べースに該第1の分圧電圧が付与される第1のトランジ
    スタと、 該第1のトランジスタと電流密度が異なり該第1のトラ
    ンジスタとエミッタを共通接続された第2のトランジス
    タと、 該第1および第2のトランジスタの共通エミッタに電流
    を供給する電流源と、 一端に該第2の分圧電圧が付与され他端を該第2のトラ
    ンジスタのべースに接続された第1の抵抗と、 該第2のトランジスタのべース・エミッタ間に接続され
    た第2の抵抗とを具備し、 該第1のトランジスタと該第2のトランジスタとの電流
    密度比に応じて、該第1の分圧電圧の温度係数が零とな
    るよう該第1及び第2の抵抗夫々の抵抗値を設定したこ
    とを特徴とする定電圧回路。
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