JP4239227B2 - 定電圧回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は定電圧回路に係り、特に、温度係数を0に設定した定電圧回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3に従来の一例の定電圧回路の回路構成図を示す。
図3の定電圧回路10は、抵抗R1〜R3、トランジスタQ1〜Q6、定電流源11、12から構成され、定電流源11と抵抗R1との接続点から出力定電圧Vz を出力する。
【0003】
トランジスタQ1は、コレクタとベースとが接続され、ベース−エミッタ間電圧VBE(Q1)を発生する。抵抗R1〜R3は、トランジスタQ1と出力との間に直列に接続されており、トランジスタQ1と出力との間の電圧を分圧する。
抵抗R2の両端の電圧がトランジスタQ2〜Q6、定電流源12から構成される差動増幅回路により検出され、出力電圧が一定に制御される。
【0004】
このとき、図3の定電圧回路10で生成される定電圧Vz は、
【0005】
【数1】
【0006】
で表せる。
なお、式(1)において、kはボルツマン定数、qは電子の電荷量、NはトランジスタQ1、Q2のエミッタ面積比である。
また、定数αは、
【0007】
【数2】
【0008】
である。
定電圧Vz の温度係数は、(∂VBE/∂T)=χ とおくと、
【0009】
【数3】
【0010】
で表される。
よって、温度係数を0とするためには、式(2)が0となればよいので、
【0011】
【数4】
【0012】
と表される。
よって、式(3)よりαを求めると、
【0013】
【数5】
【0014】
となる。
次に、式(4)を式(1)に代入すると、式(1)は、
Vz =−χ・T+VBE(Q1) ・・・(5)
で表せる。
ここで、χは、略−1.8mV/℃と定数であることから、定電圧Vz は、ほぼVBE(Q1)で決定されることになる。 ここで、定電圧Vz の値を変えるため、トランジスタQ1 のベース−エミッタ間電圧VBE(Q1)を変化させることを考える。トランジスタQ1のコレクタ電流をIc1(Q1)、トランジスタQ1のベース−エミッタ間の逆方向飽和電流をIs とすると、
【0015】
【数6】
【0016】
で表される。よって、トランジスタQ1のコレクタ電流Ic1を変化させることにより、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧VBE(Q1)が変化し、定電圧Vz を変化させることができる。
ここで、トランジスタQ1のコレクタ電流をIc1からIc2に変更したとする。なお、このとき、Ic2=γIc1とする。
【0017】
ここで、コレクタ電流Ic2で温度係数を0にするために、αを(α+β)に変更する。このときの定電圧Vz は、式(1)から
【0018】
【数7】
【0019】
で表せる。このとき、式(7)は温度係数が0となるように設定されているので、
【0020】
【数8】
【0021】
で表せる。
ここで、既に(∂Vz /∂T)は0に設定しているので、式(8)は、
βlnN+lnγ=0 ・・・(9)
で表せる。
式(9)を式(7)に代入すると、式(7)は、
Vz ’=Vz
と表せる。
【0022】
よって、図3に示すような回路では、電流Ic1を変化させても、定電圧Vz は変化しないことがわかる。
以上のように、温度係数を0とする場合には、定電圧Vz は不純物濃度などのプロセス条件によって決定されてしまい、自由に設定することはできない。
そこで、温度係数0で定電圧Vz を自由に設定するには、他の要素を変更する必要がある。
【0023】
図4に従来の他の一例の回路構成図を示す。同図中、図3と同一回路構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
図4の定電圧回路20では、出力定電圧Vz を上昇させるために、トランジスタQ1のコレクタ−ベース間及びベース−エミッタ間に並列に抵抗R4、R5を設ける。
【0024】
図4の定電圧回路20で生成される定電圧Vz は、式(1)の右辺第2項のトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧VBE(Q1)が抵抗R4、R5で分圧されるので、
【0025】
【数9】
【0026】
で表せる。
ここで、図4の回路の温度係数を0としようとすると、式(10)を温度Tで微分した式が0となればよい。なお、このとき、(∂VBE(Q1)/∂T)=χとすると、
【0027】
【数10】
【0028】
で表せる。
式(11)からαを求めると、
【0029】
【数11】
【0030】
で表される。
式(12)を式(10)に代入すると、定電圧Vz は、
【0031】
【数12】
【0032】
で表せる。
よって、抵抗R4、R5の設定を変えることにより出力定電圧Vz を自由に設定できる。
但し、この場合、R5>(VBE(Q1)/I0 )としなければ、トランジスタQ1に電流が流れないことになる。なお、I0 はトランジスタQ1と抵抗R5に供給される電流である。
【0033】
ここで、I0 =1μA、VBE(Q1)=0.7〔V〕とすると、
(VBE(Q1)/I0 )=(0.7/1μ)=700K〔Ω〕
となる。このため、抵抗R5はR5>700K〔Ω〕とする必要があり、非常に大きくする必要がある。このため、抵抗R5は、例えば、1MΩに設定する必要がある。
【0034】
ここで、例えば、出力定電圧Vz を1.241〔V〕、すなわち、図3の定電圧回路10に出力定電圧に比べて1mV上昇させる場合、χ=−0.0018、温度300〔K〕、VBE(Q1)=0.7〔V〕、抵抗R5=1M〔Ω〕とすると、式(13)から、
【0035】
【数13】
【0036】
となればよい。よって、抵抗R4は、R4=810Ωに設定すればよいことになる。
以上のように抵抗R4、R5を設定することにより、温度係数0で、出力定電圧Vz を自由に設定できる。
【0037】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の図3に示す定電圧回路10では、温度係数を0とする場合には、定電圧Vz は不純物濃度などのプロセス条件によって決定されてしまい、自由に設定することはできない等の問題点があった。
また、従来の図4に示す定電圧回路20では、温度係数0で出力定電圧Vz を抵抗R4、R5の設定により自由に設定できるが、抵抗R5をR5>(VBE(Q1)/I0 )の条件に設定する必要があるので、抵抗R5が大きなり、半導体チップとした場合に、抵抗R5の面積が大きくなり、小型化できない等の問題点があった。
【0038】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、温度係数0で出力定電圧を小さな抵抗により自由に設定できる定電圧回路を提供することを目的とする。
【0039】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一端に入出力端子が接続される第1抵抗と、前記第1抵抗の他端に一端が接続される第2抵抗と、前記第2抵抗の他端に一端が接続される第3抵抗と、前記第3抵抗の他端にコレクタ及びベースが接続され、エミッタが接地される第1トランジスタと、電流を出力する電流源と、ベースが前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、エミッタに前記電流源から出力電流を供給される第2トランジスタと、ベースが前記第2抵抗と前記第3抵抗との接続点に接続され、エミッタが前記第2トランジスタのエミッタに接続されるとともに、前記電流源から出力電流を供給される第3トランジスタと、コレクタ及びベースが前記第2トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが接地される第4トランジスタと、ベースが前記第2トランジスタのコレクタと前記第4トランジスタのコレクタ及びベースとに接続され、コレクタが前記第3トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが接地される第5トランジスタと、ベースが前記第3トランジスタのコレクタと前記第5トランジスタのコレクタとの接続点に接続され、コレクタが前記入出力端子に接続され、エミッタが接地される第6トランジスタとを有する定電圧回路であって、前記第2トランジスタのコレクタと前記第4トランジスタのコレクタと前記第5トランジスタのベースとの接続点と前記第4トランジスタのベースとの間に電圧調整用抵抗を接続し、前記電圧調整用抵抗により前記入出力端子から出力される出力電圧を調整するものである。
また、本発明は、一端に入出力端子が接続される第1抵抗と、前記第1抵抗の他端に一端が接続される第2抵抗と、前記第2抵抗の他端に一端が接続される第3抵抗と、前記第3抵抗の他端にコレクタ及びベースが接続され、エミッタが接地される第1トランジスタと、エミッタが前記入出力端子に接続される第2トランジスタと、エミッタが前記入出力端子に接続され、ベースにコレクタ及び前記第2トランジスタのベースが接続される第3トランジスタと、ベースが前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、コレクタが前記第2トランジスタのコレクタに接続される第4トランジスタと、ベースが前記第2抵抗と前記第3抵抗との接続点に接続され、コレクタが前記第2トランジスタのベース、前記第3トランジスタのベース及びコレクタに接続され、エミッタが前記第4トランジスタのエミッタに接続される第5トランジスタと、前記第4トランジスタのエミッタと前記第5トランジスタのエミッタとの接続点から電流を引き込む第1電流源と、エミッタが前記入出力端子に接続され、ベースが前記第2トランジスタのコレクタと前記第4トランジスタのコレクタとの接続点に接続される第6トランジスタと、ベースが前記第6トランジスタのコレクタに接続され、コレクタが前記入出力端子に接続され、エミッタが接地される第7トランジスタと、前記第6トランジスタのコレクタと前記第7トランジスタのベースとの接続点から電流を引き込む第2電流源とを有する定電圧回路であって、前記第2トランジスタのベースと前記第3トランジスタのコレクタと前記第5トランジスタのコレクタとの接続点と、前記第3トランジスタのベースとの間に電圧調整用抵抗を接続し、前記電圧調整用抵抗により前記入出力端子から出力される出力電圧を調整するものである。
【0040】
本発明によれば、電圧調整用抵抗として、差動増幅回路を構成するカレントミラー回路のベース抵抗を調整することにより、PN接合素子で発生される電圧を抵抗により制御する場合に比べて、100分の1程度の抵抗で、制御が可能となり、また、温度係数もほぼ0とすることができる。
【0042】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の一実施例の回路構成図を示す。同図中、図3と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施例の定電圧回路30は、トランジスタQ4のベースと、トランジスタQ4のコレクタとトランジスタQ5のベースとの接続点との間に電圧設定用抵抗R6を挿入してなる。
【0043】
トランジスタQ4のベースと、トランジスタQ4のコレクタとトランジスタQ5のベースとの接続点との間に電圧設定用抵抗R6を挿入することによりトランジスタQ5のベース−エミッタ間電圧VBE(Q5)は、トランジスタQ4のベース−エミッタ間電圧をVBE(Q4)、トランジスタQ4のコレクタ電流をIc(Q4) 、トランジスタQ4の電流増幅率をhFEとすると、
【0044】
【数14】
【0045】
で表される。
このとき、NPNトランジスタのエミッタ−ベース電圧VBEは、ボルツマン定数をk、絶対温度をT、電子の電荷量をq、コレクタ電流をIc 、逆飽和電流をIs とすると、
【0046】
【数15】
【0047】
で表せる。
よって、式(14)は、
【0048】
【数16】
【0049】
よって、
【0050】
【数17】
【0051】
と表せる。
ここで、出力定電圧Vz は、トランジスタQ2のコレクタ電流をIc(Q2) 、トランジスタQ3のコレクタ電流をIc(Q3) 、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧をVBE(Q1)とすると、
【0052】
【数18】
【0053】
で表せる。
また、トランジスタQ4、Q5、Q6のベース電流IB(Q4) 、IB(Q5) 、IB(Q6) の誤差が無視できるとすると、トランジスタQ2のコレクタ電流をIc(Q2) 、トランジスタQ3のコレクタ電流をIc(Q3) は、
Ic(Q2) ≒Ic(Q4) ・・・(17)
Ic(Q3) ≒Ic(Q5) ・・・(18)
となる。
【0054】
式(17)、(18)及び式(15)を式(16)に代入すると、式(16)は、
【0055】
【数19】
【0056】
で表せる。
ここで、式(19)の〔(Ic(Q4) ×R6)/hFE〕=yとおく。yの温度に対する変化(∂y/∂T)は、トランジスタQ4のコレクタ電流Ic(Q4) の温度変動が無視できるものとし、ベース抵抗R6の温度係数を約1500ppm/℃、電流増幅率hFEの温度係数を約4000ppm/℃とすると、
【0057】
【数20】
【0058】
で表される。
よって、式(19)を温度により微分し、式(20)を代入するとともに、(∂VBE(Q1)/∂T)=χとおき、温度係数を0に設定すると、
【0059】
【数21】
【0060】
で表せる。
よって、式(21)からαを求めると、
【0061】
【数22】
【0062】
となる。
式(22)を式(19)に代入し、出力定電圧Vz を求めると、
【0063】
【数23】
【0064】
となる。
ここで、図3に示す定電圧回路10の出力定電圧を1mVアップさせ、1.241〔V〕にする場合について考察する。
まず、トランジスタQ4のコレクタ電流Ic(Q4) =1μA、エミッタ面積比N=6、電流増幅率hFE=100、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧VBE(Q1)の温度係数χ=−1.8mV/℃、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧VBE(Q1)=0.7Vとすると、式(23)は、
【0065】
【数24】
【0066】
で表される。式(24)から抵抗R6は、4.9k〔Ω〕となる。したがって、本実施例によれば、図4に示す定電圧回路20の抵抗R5の1M〔Ω〕の1/200程度の抵抗値で、図3に示す定電圧回路10の出力定電圧Vz より1m〔V〕アップの電圧を実現できる。
【0067】
なお、本実施例では、差動増幅回路の入力トランジスタをN:1のPNPトランジスタQ4、Q5により構成したが、差動増幅回路の入力トランジスタをNPNトランジスタ構成することもできる。
図2に本発明の一実施例の変形例の回路構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0068】
本変形例の定電圧回路40は、差動増幅回路の入力トランジスタを1:NのNPNトランジスタQ11、Q12により構成した。これにより、カレントミラー回路を構成するトランジスタはPNPトランジスタQ13、Q14となり、出力定電圧側に接続され、定電流源12が接地側に接続される。さらに、差動増幅回路の出力回路にPNPトランジスタQ15、定電流源41からなる反転回路が接続され、出力トランジスタQ6が制御される。
【0069】
なお、調整用抵抗R6は、カレントミラー回路を構成するPNPトランジスタQ12のベースと、トランジスタQ12のコレクタとトランジスタQ11のベースとの接続点との間の接続される。
本変形例によっても、図1の回路と同様な作用効果を奏する。
なお、本実施例では、差動増幅回路のカレントミラー回路のベース抵抗を制御することにより出力定電圧を制御したが、これに限られることはなく、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧ではなく、差動増幅回路の駆動電流を制御するできればよい。
【0070】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、電圧調整用抵抗として、差動増幅回路を構成するカレントミラー回路のベース抵抗を調整することにより、PN接合素子で発生される電圧を抵抗により制御する場合に比べて、100分の1程度の抵抗で、制御が可能となり、また、温度係数もほぼ0とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路構成図である。
【図2】本発明の一実施例の変形例の回路構成図である。
【図3】従来の一例の回路構成図である。
【図4】従来の他の一例の回路構成図である。
【符号の説明】
30、40 定電圧回路
Q1〜Q6 トランジスタ
R1〜R3 抵抗
R6 調整用抵抗
Claims (2)
- 一端に入出力端子が接続される第1抵抗と、前記第1抵抗の他端に一端が接続される第2抵抗と、前記第2抵抗の他端に一端が接続される第3抵抗と、前記第3抵抗の他端にコレクタ及びベースが接続され、エミッタが接地される第1トランジスタと、電流を出力する電流源と、ベースが前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、エミッタに前記電流源から出力電流を供給される第2トランジスタと、ベースが前記第2抵抗と前記第3抵抗との接続点に接続され、エミッタが前記第2トランジスタのエミッタに接続されるとともに、前記電流源から出力電流を供給される第3トランジスタと、コレクタ及びベースが前記第2トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが接地される第4トランジスタと、ベースが前記第2トランジスタのコレクタと前記第4トランジスタのコレクタ及びベースとに接続され、コレクタが前記第3トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが接地される第5トランジスタと、ベースが前記第3トランジスタのコレクタと前記第5トランジスタのコレクタとの接続点に接続され、コレクタが前記入出力端子に接続され、エミッタが接地される第6トランジスタとを有する定電圧回路であって、
前記第2トランジスタのコレクタと前記第4トランジスタのコレクタと前記第5トランジスタのベースとの接続点と前記第4トランジスタのベースとの間に電圧調整用抵抗を接続し、
前記電圧調整用抵抗により前記入出力端子から出力される出力電圧を調整する定電圧回路。 - 一端に入出力端子が接続される第1抵抗と、前記第1抵抗の他端に一端が接続される第2抵抗と、前記第2抵抗の他端に一端が接続される第3抵抗と、前記第3抵抗の他端にコレクタ及びベースが接続され、エミッタが接地される第1トランジスタと、エミッタが前記入出力端子に接続される第2トランジスタと、エミッタが前記入出力端子に接続され、ベースにコレクタ及び前記第2トランジスタのベースが接続される第3トランジスタと、ベースが前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点に接続され、コレクタが前記第2トランジスタのコレクタに接続される第4トランジスタと、ベースが前記第2抵抗と前記第3抵抗との接続点に接続され、コレクタが前記第2トランジスタのベース、前記第3トランジスタのベース及びコレクタに接続され、エミッタが前記第4トランジスタのエミッタに接続される第5トランジスタと、前記第4トランジスタのエミッタと前記第5トランジスタのエミッタとの接続点から電流を引き込む第1電流源と、エミッタが前記入出力端子に接続され、ベースが前記第2トランジスタのコレクタと前記第4トランジスタのコレクタとの接続点に接続される第6トランジスタと、ベースが前記第6トランジスタのコレクタに接続され、コレクタが前記入出力端子に接続され、エミッタが接地される第7トランジスタと、前記第6トランジスタのコレクタと前記第7トランジスタのベースとの接続点から電流を引き込む第2電流源とを有する定電圧回路であって、
前記第2トランジスタのベースと前記第3トランジスタのコレクタと前記第5トランジスタのコレクタとの接続点と、前記第3トランジスタのベースとの間に電圧調整用抵抗を接続し、
前記電圧調整用抵抗により前記入出力端子から出力される出力電圧を調整する定電圧回路。
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JP28403797A JP4239227B2 (ja) | 1997-10-16 | 1997-10-16 | 定電圧回路 |
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- 1997-10-16 JP JP28403797A patent/JP4239227B2/ja not_active Expired - Lifetime
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