JP3282907B2 - 基準電圧発生回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基準電圧発生回路に係
り、詳しくは半導体集積回路装置内に設けられる基準電
圧発生回路に関するものである。

【０００２】近年、半導体集積回路装置においては大規
模化、高速化が進んでいる。それに伴って各内部回路に
動作電源を供給する基準電圧発生回路はその電力供給能
力の増大が求められている。基準電圧発生回路の電力供
給能力を上げる場合、同発生回路から出力される出力電
圧は安定であることが保証されていなければならない。

【０００３】

【従来の技術】従来、基準電圧発生回路としてバンドギ
ャップリファレンス型の回路が知られている。このタイ
プの基準電圧発生回路は温度補償に優れ、温度が変動し
ても一定電圧を出力する。この基準電圧発生回路を図３
に示す。

【０００４】図３において、ＮＰＮ出力トランジスタＱ
１はそのコレクタが高電圧電源Ｖｃｃに接続され、エミ
ッタが分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して低電圧電源（グラン
ド）に接続されている。出力トランジスタＱ１のベース
は定電流源Ｉａに接続されている。そして、出力トラン
ジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ１の接続点Ａから出力電
圧Ｖout が出力される。そして、この出力トランジスタ
Ｑ１、定電流源Ｉａ、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２にて出力回路
部を構成している。

【０００５】接続点Ａには電流制御用のＰＮＰトランジ
スタＱ２，Ｑ３のエミッタが接続されている。トランジ
スタＱ２，Ｑ３のベースは共にＰＮＰトランジスタＱ４
のエミッタに接続され、そのトランジスタＱ４のコレク
タはグランドに接続されている。又、トランジスタＱ４
のベースはトランジスタＱ２のコレクタに接続されてい
る。そして、この３個のトランジスタＱ２〜Ｑ４にてカ
レントミラー回路部を構成している。

【０００６】トランジスタＱ２のコレクタは変動検出用
のＮＰＮトランジスタＱ５のコレクタに接続され、その
トランジスタＱ５のエミッタは温度補償用抵抗Ｒ４を介
してグランドに接続されている。又、トランジスタＱ３
のコレクタは変動検出用のＮＰＮトランジスタＱ６のコ
レクタに接続され、そのトランジスタＱ６のエミッタは
温度補償用抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ５のエミッ
タと抵抗Ｒ４の接続点Ｂに接続されている。このトラン
ジスタＱ６のエミッタサイズはトランジスタＱ５のエミ
ッタサイズに対してその面積比がＪ倍（Ｊ＞１）の大き
さに設定されている。又、Ｊ倍大きいトランジスタＱ６
に接続される抵抗Ｒ３の値は、両トランジスタＱ５，Ｑ
６のエミッタ電流が等しくなるように設定されている。
両トランジスタＱ５，Ｑ６のベースは前記抵抗Ｒ１，Ｒ
２間の接続点Ｃに接続されている。

【０００７】又、トランジスタＱ６のコレクタは制御用
のＰＮＰトランジスタＱ７のベースに接続されている。
このトランジスタＱ７のエミッタは前記定電流源Ｉａに
接続され、このトランジスタＱ７のコレクタはダイオー
ドＤ１を介してグランドに接続されている。

【０００８】そして、出力電圧Ｖout が変動、例えば下
がると、接続点Ｃの電圧ＶBGも相対して下がる。電圧Ｖ
BGが下がると、トランジスタＱ６のコレクタ電流は小さ
くなり、トランジタＱ７のベース電流が減少する。その
結果、トランジタＱ７のエミッタ電流が減少し、その減
少分だけ定電流源ＩａからトランジスタＱ１のベースに
流れる電流は増加する。そして、トランジスタＱ１のエ
ミッタ電流を増加させて出力電圧Ｖout 及び電圧ＶBGを
上げ元の一定電圧に戻す。

【０００９】反対に、出力電圧Ｖout が上昇すると、接
続点Ｃの電圧ＶBGも相対して上昇する。電圧ＶBGが上が
ると、トランジスタＱ６のコレクタ電流は大きくなり、
トランジタＱ７のベース電流が増大する。その結果、ト
ランジタＱ７のエミッタ電流が増加し、その増加分だけ
定電流源ＩａからトランジスタＱ１のベースに流れる電
流は減少する。そして、トランジスタＱ１のエミッタ電
流を減少させて出力電圧Ｖout 及び電圧ＶBGを下げ元の
一定電圧に戻す。

【００１０】又、基準電圧発生回路において、トランジ
スタＱ５，Ｑ６のコレクタ電流Ｉc5，Ｉc6が同じ値（Ｉ
c5＝Ｉc6）となるようにしている。このとき、抵抗Ｒ３
の両端の電圧ＶR3は ＶR3＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎＪ であらわされる。ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、
ｑは電荷量、Ｊはエミッタの面積比、又、接続点Ｃの電
圧ＶBGは、抵抗Ｒ４の端子間電圧をＶR4、トランジスタ
Ｑ５のベース・エミッタ間電圧をＶBE5 とすると、 ＶBG＝ＶR4＋ＶBE5 ＝２（Ｒ４／Ｒ３）・（ｋＴ／ｑ）ｌｎＪ＋ＶBE5 となる。

【００１１】この式から明らかなように、ＶBE5 は負の
温度係数となり、ＶR4は正の温度係数となる。従って、
Ｒ３，Ｒ４，Ｊの値を適宜選択して、電圧ＶBGの温度係
数を零にして、温度に依存して出力電圧Ｖout が変動し
ないように補償している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基準電圧発
生回路において、電力（電流）供給は定電流源Ｉa とト
ランジスタＱ１の電流増幅率ｈFEに依存する。従って、
電力供給能力を上げる場合には、定電流源Ｉa が出力す
る電流値を大きくすることが最も容易な方法である。

【００１３】しかしながら、定電流源Ｉa の出力する電
流値を大きくすることは、トランジスタＱ７が制御すべ
き電流が増加することを意味する。トランジスタＱ７が
制御すべき電流が増加すると、トランジスタＱ６のコレ
クタに流れるトランジスタＱ７のベース電流も増大す
る。その結果、温度補償のためのトランジスタＱ５，Ｑ
６に流す電流の平衡性（Ｉc5＝Ｉc6）に影響を与え、接
続点Ｃの電圧ＶBGに対して誤差要因となる。

【００１４】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、電力供給能力を上げる
ことができるとともに、その能力を上げても温度補償回
路に影響を与えない基準電圧発生回路を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。出力回路部１は定電流源Ｉａ，出力トランジ
スタＱ１、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とから構成されている。
出力トランジスタＱ１はそのコレクタが高電源電圧Ｖｃ
ｃに接続され、エミッタが分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して
グランドに接続され、そのエミッタから出力電圧Ｖｏｕ
ｔが出力される。又、出力トランジスタＱ１のベースに
は定電流源Ｉａが接続されている。

【００１６】変動検出回路部２は変動検出用トランジス
タＱ５，Ｑ６と温度補償用抵抗Ｒ３，Ｒ４とから構成さ
れている。変動検出用トランジスタＱ５，Ｑ６はエミッ
タサイズが互いに異なったトランジスタで構成されてい
る。変動検出用トランジスタＱ５，Ｑ６のベースは分圧
抵抗Ｒ１，Ｒ２間に接続され出力電圧Ｖｏｕｔと相対す
る検出電圧（ＶBG）を入力する。又、エミッタサイズの
大きい方の変動検出用トランジスタＱ６のエミッタは温
度補償用抵抗Ｒ３，Ｒ４を介してグランドに接続されて
いる。エミッタサイズの小さい方の変動検出用トランジ
スタＱ５のエミッタは温度補償用抵抗Ｒ４を介してグラ
ンドに接続されている。

【００１７】カレントミラー回路部３は、電流制御用ト
ランジスタＱ２，Ｑ３とトランジスタＱ４とから構成さ
れている。トランジスタＱ４はそのエミッタが電流制御
用トランジスタＱ２，Ｑ３のベースに接続され、コレク
タがグランドに接続されている。そして、トランジスタ
Ｑ４のベースはエミッタサイズの小さい方の変動検出用
トランジスタＱ５のコレクタに接続されている。電流制
御用トランジスタＱ２，Ｑ３の両エミッタは前記出力ト
ランジスタＱ１のエミッタに接続されている。電流制御
用トランジスタＱ２のコレクタは変動検出用トランジス
タＱ５のコレクタに接続されている。電流制御用トラン
ジスタＱ３のコレクタは変動検出用トランジスタＱ６の
コレクタに接続されている。

【００１８】制御回路部４は制御用トランジスタＱ７か
らなり、そのベースが変動検出用トランジスタＱ６のコ
レクタに接続されている。制御用トランジスタＱ７のコ
レクタはグランドに接続され、エミッタは電流分配制御
回路５に接続されている。電流分配制御回路５は一端が
出力トランジスタＱ１のベースに接続され、他端が制御
用トランジスタＱ７のエミッタに接続されている。この
電流分配制御回路５は定電流源Ｉａから制御用トランジ
スタＱ７側に供給される電流についてその一部を制御用
トランジスタＱ７に供給する回路である。

【００１９】

【作用】従って、本発明によれば、定電流源Ｉａの値を
大きくして出力トランジスタＱ１の電力供給能力を上げ
た場合、出力電圧Ｖｏｕｔの変動に対する制御用トラン
ジスタＱ７による出力トランジスタＱ１のベース電流の
制御量は大きくなる。

【００２０】即ち、定電流源Ｉａから制御用トランジス
タＱ７側に流れる電流値の変動幅は大きな値になる。こ
のとき、電流分配制御回路５によって定電流源Ｉａから
制御用トランジスタＱ７側に供給される電流の一部しか
制御用トランジスタＱ７に流れない。

【００２１】従って、制御用トランジスタＱ７のベース
電流は小さな値で同トランジスタＱ７のエミッタ電流を
制御することになり、この制御により大きな値の出力ト
ランジスタＱ１のベース電流を制御することが可能とな
る。

【００２２】その結果、制御用トランジスタＱ７を小さ
な値のベース電流で動作させることができることから、
温度補償のための変動検出用トランジスタＱ５，Ｑ６の
コレクタ電流の平衡性は安定した状態に保持できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図２に
従って説明する。尚、説明の便宜上、図３と同様の構成
については同一の符号を付してその説明を一部省略す
る。

【００２４】図２において、マルチコレクタＰＮＰトラ
ンジスタ（以下、マルチコレクタトランジスタという）
Ｑ１０はそのエミッタが定電流源Ｉａに接続されてい
る。マルチコレクタトランジスタＱ１０は３個のコレク
タを有し、１つはＰＮＰトランジスタＱ２，Ｑ３のベー
スに接続され、１つはグランドに接続され、残る１つは
ダイオードＤ２のアノードに接続されている。３個のコ
レクタのサイズの面積比は、トランジスタＱ２，Ｑ３に
接続されるコレクタを１とすると、グランドに接続され
るコレクタはｍ、ダイオードＤ２に接続されるコレクタ
はｎとしている。

【００２５】マルチコレクタトランジスタＱ１０のベー
スはダイオードＤ２のアノードに接続され、そのダイオ
ードＤ２のカソードは、前記したＰＮＰトランジスタＱ
７のエミッタに接続されている。トランジスタＱ７のベ
ースは前記ＮＰＮトランジスタＱ６のコレクタに接続さ
れ、トランジスタＱ７のコレクタは前記従来例と異なり
直接グランドに接続されている。

【００２６】前記ダイオードＤ２は、カレントミラー回
路を構成するトランジスタＱ４のベース電位と、マルチ
コレクタトランジスタＱ１０のベース電位を同じにする
ための電位調整回路である。即ち、接続点Ａからみた接
続点Ｅの電位ＶE と、接続点Ａからみた接続点Ｆの電位
ＶF はそれぞれ以下のようになる。

【００２７】ＶE ＝Ｖout −ＶBE2 −ＶBE4 ＶF ＝Ｖout ＋ＶBE1 −ＶBE10−ＶD2−ＶBE7 ＶBE1 はトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧、
ＶBE2 はトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧、
ＶBE4 はトランジスタＱ４のベース・エミッタ間電圧、
ＶBE7 はトランジスタＱ７のベース・エミッタ間電圧、
ＶBE10はトランジスタＱ１０のベース・エミッタ間電
圧、ＶD2はダイオードＤ２の端子間電圧、そして、本実
施例では各トランジスタのベース・エミッタ間及びダイ
オードの電圧が等しいとすると、ＶF ＝ＶE となる。即
ち、ＶF ＝ＶE によって、コレクタ電流ＩC5，ＩC6の平
衡性を図っている。

【００２８】次に上記のように構成された基準電圧発生
回路の作用について説明する。出力電圧Ｖout が変動し
て下がると、接続点Ｃの電圧ＶBGも相対して下がる。電
圧ＶBGが下がると、トランジスタＱ６のコレクタ電流Ｉ
C6は小さくなり、トランジタＱ７のベース電流ＩB7が減
少する。その結果、トランジタＱ７のエミッタ電流ＩE7
が減少、即ちマルチコレクタトランジスタＱ１０のエミ
ッタ電流ＩE10が減少する。そして、その減少分だけ定
電流源ＩａからトランジスタＱ１のベースに流れる電流
は増加する。従って、トランジスタＱ１のエミッタ電流
を増加させて出力電圧Ｖout 及び電圧ＶBGを上げ元の一
定電圧に戻る。

【００２９】反対に、出力電圧Ｖout が上昇すると、接
続点Ｃの電圧ＶBGも相対して上昇する。電圧ＶBGが上が
ると、トランジスタＱ６のコレクタ電流ＩC6は大きくな
り、トランジスタＱ７のベース電流ＩB7が増大する。そ
の結果、トランジスタＱ７のエミッタ電流ＩE7が増加
し、即ちマルチコレクタトランジスタＱ１０のエミッタ
電流ＩE 10は増加する。そして、その増加分だけ定電流
源ＩａからトランジスタＱ１のベースに流れる電流は減
少する。従って、トランジスタＱ１のエミッタ電流を減
少させて出力電圧Ｖout 及び電圧ＶBGを下げ元の一定電
圧に戻る。

【００３０】従って、この基準電圧発生回路は、何らか
の原因で例えば高電圧電源Ｖｃｃが変動しても、一定の
値の出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。また、
本実施例では電力供給能力を上げるために、定電流源Ｉ
ａの値を大きくしても、トランジスタＱ５，Ｑ６のコレ
クタ電流Ｉc5，Ｉc6の平衡性（Ｉc5＝Ｉc6）が保持さ
れ、温度変動による温度補償が行われ一定の値の出力電
圧Ｖｏｕｔを出力することができる。

【００３１】即ち、トランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタ
電流Ｉc5，Ｉc6の平衡性（Ｉc5＝Ｉc6）に影響を与える
要因は、それぞれトランジスタＱ４，Ｑ７のベース電流
ＩB4，ＩB7である。

【００３２】トランジスタＱ４のエミッタ電流をＩE4、
増幅率をｈFEとすると、トランジスタＱ４のベース電流
ＩB4は、 ＩB4＝ＩE4／（１＋ｈFE） ＩE4＝ＩC10 ＋（ＩE2＋ＩE3）／ｈFE ＩC10 はトランジスタＱ２，Ｑ３のベースに接続された
マルチコレクタトランジスタＱ１０のコレクタのコレク
タ電流、ＩE2はトランジスタＱ２のエミッタ電流、ＩE4
はトランジスタＱ３のエミッタ電流、従って、 ＩB4＝｛ＩC10 ＋（ＩE2＋ＩE3）／ｈFE｝／（１＋ｈF
E）… 一方、トランジスタＱ７のエミッタ電流をＩE7、増幅率
をｈFEとすると、トランジスタＱ７のベース電流ＩB7
は、 ＩB7＝ＩE7／（１＋ｈFE） ＩE7＝ｎＩC10 ＋（１＋ｍ＋ｎ）ＩC10 ／ｈFE ｎ，ｍはマルチコレクタトランジスタＱ１０の面積比、
従って、 ＩB7＝｛ｎＩC10 ＋（１＋ｍ＋ｎ）ＩC10 ／ｈFE｝／
（１＋ｈFE）… そして、トランジスタＱ２〜Ｑ４，Ｑ７，Ｑ１０の増幅
率ｈFEをを同じとし充分に大きな値とするするととも
に、ｎ＝１とすると、，式は ＩB4≒ＩC10 ／（１＋ｈFE）… ＩB7≒ＩC10 ／（１＋ｈFE）… 従って、ＩB4＝ＩB7となる。

【００３３】一方、 トランジスタＱ５のコレクタ電流
Ｉc5は Ｉc5＝ＩB4＋｛ｈFE／（１＋ｈFE）｝ＩE2 トランジスタＱ６のコレクタ電流Ｉc6は Ｉc6＝ＩB7＋｛ｈFE／（１＋ｈFE）｝ＩE3 このとき、トランジスタＱ２，Ｑ３は同一形状で両者間
でのオフセット電圧がないことから、ＩE2＝ＩE3とな
る。

【００３４】従って、このＩE2＝ＩE3と、前記したＩB4
＝ＩB7とで、Ｉc5＝Ｉc6が成立する。このように本実施
例において、各トランジスタＱ２〜Ｑ４，Ｑ７，Ｑ１０
の増幅率hFE を同じにするとともに、マルチコレクタト
ランジスタＱ１０の面積比ｎを「１」にすることによっ
て、トランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタ電流Ｉc5，Ｉc6
の平衡性が保持され、温度変動による温度補償が行われ
一定の値の出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。

【００３５】しかも、本実施例では、マルチコレクタト
ランジスタＱ１０を設け、同マルチコレクタトランジス
タＱ１０の各コレクタからそれぞれコレクタ電流ＩC10
，ｍＩC10 ，ｎＩC10 を分配し出力している。従っ
て、定電流源ＩａからマルチコレクタトランジスタＱ１
０に流れる電流、即ちエミッタ電流ＩE10 （≒（１＋ｍ
＋ｎ）ＩC10 ）は各トランジスタＱ４，Ｑ７のベース電
流ＩB4，ＩB7より大きな値である。いいかえれば、エミ
ッタ電流ＩE10 の値が大きくてもベース電流ＩB4，ＩB7
の値は小さな値にすることができる。その結果、電力供
給能力を上げるべく定電流源Ｉａを増大しても、ベース
電流ＩB4，ＩB7の値が小さいため、温度補償、即ちトラ
ンジスタＱ５，Ｑ６のコレクタ電流Ｉc5，Ｉc6の平衡性
（Ｉc5＝Ｉc6）に与える影響は非常に小さく安定した出
力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。

【００３６】尚、本発明は前記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば１つのトランジスタＱ１に代えてダー
リントン接続によって複数トランジスタで構成するよう
にしてもよい。この場合、複数のトランジスタで構成す
ることにより、電力供給能力に見合った構成が可能とな
る。

【００３７】又、カレントミラー回路のトランジスタＱ
２，Ｑ３のエミッタ電流ＩE2，ＩE3が平衡性（ＩE2＝Ｉ
E3）を保つために、トランジスタＱ２，Ｑ３のエミッタ
に小抵抗を接続して調整してもよい。

【００３８】上記実施例から把握できる請求項以外の技
術的思想について以下にその効果とともに記載する。請
求項２に記載の基準電圧発生回路において、制御用トラ
ンジスタＱ７とＰＮＰマルチコレクタトランジスタＱ１
０との間に、変動検出用トランジスタ（Ｑ５，Ｑ６）の
コレクタ電位を等しくするためのダイオードを設けた。
変動検出用トランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタ電流ＩC
5，ＩC6の平衡性が確保される。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば電
力供給能力を上げることができるとともに、その能力を
上げても温度補償回路に影響を与えない優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する基準電圧発生回路
図である。

【図３】従来の基準電圧発生回路図である。

【符号の説明】

１ 出力回路部 ２ 変動検出回路 ３ カレントミラー回路部 ４ 制御回路部 ５ 電流分配制御回路 Ｑ１〜Ｑ７ トランジスタ Ｑ１０ マルチコレクタトランジスタ Ｒ１，Ｒ２ 分圧抵抗 Ｒ３，Ｒ４ 温度補償用抵抗 Ｉａ 定電流源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 久雄 愛知県春日井市高蔵寺町二丁目1844番２ 富士通ヴィエルエスアイ株式会社内 (56)参考文献 特公 平５−76050（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05F 3/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力トランジスタ（Ｑ１）のエミッタに
   分圧抵抗（Ｒ１，Ｒ２）が接続され、定電流源（Ｉａ）
   からの電流に基づいて出力トランジスタ（Ｑ１）のベー
   ス電流が制御されて出力電圧（Ｖｏｕｔ）を出力する出
   力回路部（１）と、 エミッタサイズが相違する一組の変動検出用トランジス
   タ（Ｑ５，Ｑ６）のエミッタに対して両トランジスタ
   （Ｑ５，Ｑ６）のエミッタ間の電位差を検出する温度補
   償用抵抗（Ｒ３，Ｒ４）を接続するとともに、両トラン
   ジスタ（Ｑ５，Ｑ６）のベースに前記分圧抵抗（Ｒ１，
   Ｒ２）からの検出電圧（ＶBG）を入力する変動検出回路
   部（２）と、 トランジスタ（Ｑ４）にて駆動される一組の電流制御用
   トランジスタ（Ｑ２，Ｑ３）から互いに平衡のとれた電
   流を前記変動検出用トランジスタ（Ｑ５，Ｑ６）に流す
   カレントミラー回路部（３）と、 前記検出電圧（ＶBG）の変動に基づいて前記変動検出用
   トランジスタ（Ｑ５，Ｑ６）に流れる平衡のとれた電流
   の変動をＰＮＰトランジスタからなる制御用トランジス
   タ（Ｑ７）にて検出し前記出力トランジスタ（Ｑ１）の
   ベース電流を制御する制御回路部（４）とからなる基準
   電圧発生回路において、 前記制御回路部（４）の制御用トランジスタ（Ｑ７）と
   出力トランジスタ（Ｑ１）のベースとの間に電流分配制
   御回路（５）を設けるとともに、 前記電流分配制御回路（５）は複数のコレクタを有する
   ＰＮＰマルチコレクタトランジスタ（Ｑ１０）であっ
   て、そのエミッタを出力トランジスタ（Ｑ１）のベース
   に接続し、ベース及び１つのコレクタを制御用トランジ
   スタ（Ｑ７）のエミッタに接続し、少なくとも他の１の
   コレクタをカレントミラー回路部（３）に設けた電流制
   御用トランジスタ（Ｑ２，Ｑ３）のベースに接続し たこ
   とを特徴とする基準電圧発生回路。
2. 【請求項２】 前記ＰＮＰマルチコレクタトランジスタ
   （Ｑ１０）のコレクタの数は３つであって、１つのコレ
   クタを制御用トランジスタのエミッタに、１つは電流制
   御用トランジスタ（Ｑ２，Ｑ３）のベースに、残る１つ
   はグランドに接続したことを特徴とする請求項１に記載
   の基準電圧発生回路。