JP3309440B2 - 電圧発生装置 - Google Patents

電圧発生装置

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JP3309440B2
JP3309440B2 JP26454992A JP26454992A JP3309440B2 JP 3309440 B2 JP3309440 B2 JP 3309440B2 JP 26454992 A JP26454992 A JP 26454992A JP 26454992 A JP26454992 A JP 26454992A JP 3309440 B2 JP3309440 B2 JP 3309440B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は温度に依存しない電圧を
得る電圧発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の電圧発生装置は温度に対
して負の変化をする半導体のPN接合の電圧と、温度に
対して正の変化をする熱電圧(kT/q)とからなり、
それらを直列接続することによって温度に対する電圧の
変化が相殺できるように構成されている。図3は従来の
電圧発生装置の構成を示している。図3において、1は
電圧発生装置の出力端子、21は電流源、22は抵抗、
23はダイオード接続されたトランジスタである。直列
接続された抵抗22とトランジスタ23に電流を電流源
21から流し込むことにより出力端子1の電圧を得てい
る。電流源21は特開昭60−191508号公報にあ
るようなバンドギャップ電流源で、その電流値Icsは
(式1)で決定されている。
【0003】 Ics=(k×T/q)×ln(N)/Rcs‥(式
1) ただし、k:ボルツマン定数、T:絶対温度、q:電子
の電荷、N:定数、Rcs:電流設定抵抗である。
【0004】 そして、出力端子1の電圧Voは(式2)
で表せる。
【0005】 Vo=Vf23+R22×Ics‥(式2) ただし、Vf23:トランジスタ23の順方向電圧、R
22:抵抗22の抵抗値である。
【0006】 (式2)の第1項はダイオード接続された
トランジスタの順方向電圧で、その値は約650mVで
温度に対して−2mV/degで変化することが一般に
よく知られている。
【0007】 したがって(式2)の第2項の温度に対す
る変化を、第1項のそれと極性が反対で大きさが等しく
なるような値に設定すれば、第1項、第2項の温度に対
する電圧変化は相殺することができる。つまり、最終的
にVoを温度に依存しない電圧にするには、第2項に
(式2)を代入すると(式3)になる。
【0008】 R22×Ics=R22×(k×T/q)×ln(N)
/Rcs=(k×T/q)×ln(N)×R22/Rc
s‥(式3) そして、(式3)絶対温度Tで微分して、温度に対する
電圧変化を求め、これを+2mVと置けば(式4)のよ
うになる。
【0009】 d(R22×Ics)/dT=(k/q)×ln(N)
×R22/Rcs=+2mV‥(式4) (式4)を(式3)に代入し、R22とRcsの温度係
数は等しく,T=300゜Kとすると、(式5)のよう
になる。
【0010】 R22×Ics=d(R22×Ics)/dT×T=+
2mV×300゜K=600mV‥(式5) したがって、R22×Ics=600mVになるように
R22またはIcsを設定すれば、Voは(式2)より
約1.25Vになり温度に依存しない電圧にすることが
できる。 これらをひとつの半導体上に構成すると、R
22とRcsの温度係数を容易に等しくできるため多く
用いられている。
【0011】 このように上記従来の電圧発生装置でも温
度に依存しない電圧を得ることができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電圧発生装置では温度に依存しない電圧値が1.2
5Vと大きいため電源電圧がこの電圧より低い回路では
利用することができない。すなわち、(式2)の第1項
は650mVと決まっているため第2項を600mV以
下にせざるを得ず、結果としてVoは温度に依存してい
た。本発明はこのような従来の問題を解決するものであ
り、1.25V以下の電源電圧のもとでも温度に依存し
ない電圧を得ることができる優れた電圧発生装置を提供
することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】第1の発明は上記目的を
達成するために、ダイオードと、前記ダイオードに順方
向電圧を発生させるバイアス手段と、前記バイアス手段
から得られた順方向電圧を分圧する分圧手段と、前記分
圧手段によって得られた分圧出力端子に電流を流す電流
発生手段とを備え、前記電流発生手段によって流れる電
流が絶対温度に 比例し、かつ電流設定抵抗に反比例した
大きさに制御され、前記分圧手段が複数の抵抗により構
成され、前記電流設定抵抗と前記分圧手段の抵抗との温
度係数を等しくし、前記分圧手段の分圧出力端子を出力
端とし、1.25V以下の電源電圧のもとでも温度に依
存しない電圧が得られるようにしたものである。
【0014】 第2の発明は上記目的を達成するために、
ダイオードと、前記ダイオードの端子電圧を分圧する分
圧手段と、前記分圧手段によって得られた分圧出力端子
に電流を流す電流発生手段とを備え、前記電流発生手段
によって流れる電流が絶対温度に比例し、かつ電流設定
抵抗に反比例した大きさに制御され、前記分圧手段が複
数の抵抗により分圧され、前記電流設定抵抗と前記分圧
手段の抵抗との温度係数を等しくし、前記分圧手段から
前記ダイオードに順方向電流が流れるように出力電圧を
設定し、前記分圧手段の分圧出力端子を出力端とし
1.25V以下の電源電圧のもとでも温度に依存しない
電圧が得られるようにしたものである。
【0015】
【作用】したがって、第1の発明によればバイアス手段
よりダイオードに順方向電流を流されてえた温度に対し
て負の変化をする順方向電圧を、分圧手段により分圧
し、さらに電流発生手段と分圧手段により温度に対して
正の変化をする電圧を適切に重畳することにより、1.
25V以下の電源電圧のもとでも、温度に依存しない電
圧が得られる効果を有する。
【0016】 また、第2の発明によれば、電流発生手段
の電流が分圧手段を経由してダイオードに順方向電流を
流して得た温度に対して負の変化をする順方向電圧を、
分圧手段により分圧し、さらに電流発生手段と分圧手段
により温度に対して正の変化をする電圧を適切に重畳す
ることにより、1.25V以下の電源電圧のもとでも、
温度に依存しない電圧が得られる効果を有する。
【0017】
【実施例】図1は第1の発明の実施例の構成を示すもの
である。図1(a)において、1は電圧発生装置の出力
端子、11、15は電流源、13、14は抵抗、12は
ダイオード接続されたトランジスタである。直列接続さ
れた抵抗13、抵抗14に電流を電流源15から流し込
むことにより出力端子1の電圧を得ている。電流源1
1、15は特開昭60−191508号公報にあるよう
なバンドギャップ電流源をもとにカレントミラーなどに
より導かれている。
【0018】 次に図1(a)の実施例の動作について図
1(b)、(c)を使用して説明する。図1(a)の実
施例において、信号源が2つあるので、重ね合わせの理
を用いて説明する。まず電流源15をオープンにして考
える。図1(b)は図1(a)におけるダイオード接続
されたトランジスタ12の部分を電圧源121と抵抗1
22を用いた等価回路120で表している。電圧源12
1の値V121と抵抗122の値R122はそれぞれ
(式6)、(式7)で表せる。
【0019】 V121=Vf12‥(式6) R122=(k×T/q)/I12‥(式7) ただし、Vf12:トランジスタ12の順方向電圧、I
12:トランジスタ12のコレクタ電流である。さら
に、図1(c)は等価回路120と抵抗13、14を鳳
・テブナンの定理を用いて等価回路130で表してい
る。電圧源131の値V131と抵抗132の値R13
2はそれぞれ(式8)(式9)で表せる。
【0020】 V131=Vf12×R14/(R13+R122+R
14)‥(式8) R132=(R13+R122)×R14/(R13+
R122+R14)‥(式9) ただし、R13:抵抗13の抵抗値、R14:抵抗14
の抵抗値であり、ここで電流源15を考慮する。この電
流源の電流値Icsも(式1)で決定されている。電流
源15のI15は抵抗132を通じて電圧源131に流
れ込むため、出力端子1の出力電圧Voは(式10)で
表せる。
【0021】 Vo=V131+R132×I15 ∴Vo=M×{Vf12+(k×T/q)×ln(N)
×(R13+R122)/Rcs}‥(式10) ただし、M=R14/(R13+R122+R14) この(式10)は従来例の(式2)とよく似ており、従
来例と同様のアプローチで温度に依存しない出力電圧V
oを創ることができる。すなわち、(式10)の{ }
内の第1項はダイオード接続されたトランジスタの順方
向電圧で、約650mVであり、温度に対して−2mV
/degで変化するするので、{ }内の第2項の温度
に対する変化を+2mV/degになるようにR13と
Rcsを設定すれば、第1項、第2項の温度に対する電
圧変化は相殺することができる。この値は(式5)と同
じになる。したがって、最終的にVoを温度に依存しな
い電圧にすることができ、さらにその大きさをMにより
自由に設定できる。例えば、出力電圧Voを0.5Vに
設定する場合、M=0.5V/1.25Vと設定し、抵
抗13、抵抗14、電流源11、電流源15のそれぞれ
の値R13,R14,I11,I15を(式6)〜(式
10)により決定することができる。
【0022】 なお、R122がR13より十分小さけれ
ばVoは、R13,14および電流源15の電流を設定
する抵抗Rcsの比の形になり抵抗値の絶対値に依存し
なくなり回路形成が容易になる。
【0023】 このように、上記第1の発明の実施例によ
れば、(式10)上でダイオード接続されたトランジス
タ12と電流源11により得た順方向電圧に、抵抗1
3、14と電流源15により得た絶対温度Tに抵抗比な
どの温度に依存しない係数を乗じた大きさの電圧を重畳
しているので、従来と同様の方法により温度に対する変
化分を打ち消すように設定でき、さらにその大きさをM
なる係数により容易に設定できる利点を有する。また、
電流源11端子電圧はダイオードの順方向電圧以上には
ならない。またVoもダイオードの順方向電圧以下に設
定し、電流源を特開昭60−191508号公報にある
ような低電圧動作型を利用すれば、約0.9V電源電圧
まで下げて利用することができる。
【0024】 さらに出力電圧に関係する抵抗13、14
の値が比の形になっているので絶対値の精度に依存する
ことなく半導体集積回路でも容易に構成できるという効
果を有する。また、(式10)から温度に対する特性は
(R13+R122)/Rcsで決定でき、R14に依
存しないので、電圧Vo値の決定はR14で自由に制御
できるという効果を有する。
【0025】 なお、上記第1の発明の実施例では、電流
源11とダイオード接続したトランジスタ12で得た順
方向電圧をそのまま抵抗13、14による分圧器に加え
ているが、これは緩衝増幅器などを経由して加えてもよ
い。この場合、R122が十分小さくなるので設計が容
易になる。
【0026】 また、上記第1の発明の実施例では出力電
圧Voを温度に依存しないように設定しているが、これ
は意図した温度特性を持たせてもよい。
【0027】 図2は本第2の発明の実施例の構成を示す
ものである。図2において、1は電圧発生装置の出力端
子、15は電流源、13、14は抵抗、12はダイオー
ド接続されたトランジスタである。直列接続された抵抗
13、抵抗14に電流を電流源15から流し込むことに
より出力端子1の電圧を得ている。電流源15は特開昭
60−191508号公報にあるようなバンドギャップ
電流源をもとにカレントミラーなどにより導かれてい
る。
【0028】 第2の発明の実施例は、第1の発明の実施
例から電流源11を除いたものであり、出力端子の電圧
Voがトランジスタ12の順方向電圧よりも大きい場合
に有効である。この場合抵抗13に流れる電流I13は
極性が負になり、電流源11の電流I11がなくてもト
ランジスタ12にバイアス電流I12を流すことができ
る。
【0029】 このように、上記第2の発明の実施例によ
れば、出力端子の電圧Voがトランジスタ12の順方向
電圧よりも大きい場合には(式10)上でダイオード接
続されたトランジスタ12の順方向電圧に、抵抗13、
14と電流源15により得た絶対温度Tに抵抗比などの
温度に依存しない係数を乗じた大きさの電圧を重畳して
いるので、従来と同様の方法により温度に対する変化分
を打ち消すように設定でき、さらにその大きさをMなる
係数により容易に設定できる利点を有する。また、電流
源11端子電圧はダイオードの順方向電圧以上にはなら
ない。そして、電流源を特開昭60−191508号公
報にあるような低電圧動作型を利用すれば、出力電圧V
o+約0.2Vの電源電圧まで下げて利用することがで
きる。
【0030】 さらに出力電圧に関係する抵抗13、14
の値が比の形になっているので絶対値の精度に依存する
ことなく半導体集積回路でも容易に構成できるという効
果を有する。
【0031】 また、(式10)から温度に対する特性は
(R13+R122)/Rcsで決定でき、R14に依
存しないので、電圧Vo値の決定はR14で自由に制御
できるという効果を有する。
【0032】 また、上記第2の発明の実施例では出力電
圧Voを温度に依存しないように設定しているが、これ
は意図した温度特性を持たせてもよい。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、上記実施例より明らか
なように、温度に依存しない電圧出力を得、さらにその
大きさを分圧手段の分圧比により容易に設定できる電圧
発生装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は第1の発明の実施例における電圧発生
装置の回路図 (b)は同装置の電流源11とトランジスタ12の部分
の等価回路図 (c)は同装置の電流源11,トランジスタ12,抵抗
13、14、電流源15の部分の等価回路図
【図2】本第2の発明の実施例における電圧発生装置の
回路図
【図3】従来の電圧発生装置の回路図
【符号の説明】
1 電圧発生装置の出力端子 11、15 電流源 12 ダイオード接続したトランジスタ 13、14 抵抗 120 トランジスタ12と電流源11の部分の等価回
路 121 トランジスタ12と電流源11の部分の等価回
路内の等価電圧源 122 トランジスタ12と電流源11の部分の等価回
路内の等価抵抗 130 電流源15を除く部分の等価回路 131 電流源15を除く部分の等価回路内の等価電圧
源 132 電流源15を除く部分の等価回路内の等価抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−223509(JP,A) 特開 平3−186910(JP,A) 特開 平3−179514(JP,A) 特開 平3−77412(JP,A) 特開 平2−306321(JP,A) 特開 昭63−133717(JP,A) 実開 平4−108208(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 3/20 H02J 1/00 306

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイオードと、前記ダイオードに順方向
    電圧を発生させるバイアス手段と、前記バイアス手段か
    ら得られた順方向電圧を分圧する分圧手段と、前記分圧
    手段によって得られた分圧出力端子に電流を流す電流発
    生手段とを備え、前記電流発生手段によって流れる電流
    が絶対温度に比例し、かつ電流設定抵抗に反比例した大
    きさに制御され、前記分圧手段が複数の抵抗により構成
    され、前記電流設定抵抗と前記分圧手段の抵抗との温度
    係数を等しくし、前記分圧手段の分圧出力端子を出力端
    とすることを特徴とする電圧発生装置。
  2. 【請求項2】 ダイオードと、前記ダイオードの端子電
    圧を分圧する分圧手段と、前記分圧手段によって得られ
    た分圧出力端子に電流を流す電流発生手段とを備え、 前記電流発生手段によって流れる電流が絶対温度に比例
    し、かつ電流設定抵抗に反比例した大きさに制御され、
    前記分圧手段が複数の抵抗により分圧され、前記電流設
    定抵抗と前記分圧手段の抵抗との温度係数を等しくし、
    前記分圧手段から前記ダイオードに順方向電流が流れる
    ように出力電圧を設定し、前記分圧手段の分圧出力端子
    を出力端とすることを特徴とする 電圧発生装置。
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