JPH02148208A - 定電圧回路およびそれを利用した直流２線式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 バンド・ギャップ回路といわれる定電圧回路において、
最終段にバッファトランジスタ（Ｑ４）を設け、出力電
圧（ｖｌ）を決定するトランジスタ（Ｑ　　）のエミッ
タ側の抵抗（Ｒ５）に流れる３　　　　・ 電流（Ｉ　　）をこのバッファトランジスタ（Ｑ４）の
ベース／エミッタ間電圧（Ｖ　　　）によって決Ｅ４ 定する構成とした。これにより温度特性が平坦でかつ出
力電圧（Ｖｌ）を任意に設定できるようになった。

発明の背景 技術分野 この発明は、ＩＣ化に適した定電圧回路、およびこの定
電圧回路を利用した直流２線式センサの出力回路に関す
る。

従来技術とその問題点 直流２線式センサの出力回路は、負荷を制御する出力信
号ラインとセンサの動作電圧供給ラインとを共通にする
ものであり、負荷のオン、オフにかかわらずセンサに常
に一定電圧が印加されるように定電圧回路を内蔵してい
る。この定電圧回路に供給される電源電圧は負荷のオン
、オフに応じて大きく変化し、またセンサに供給する定
電圧としてはできるだけ低い電圧が好ましいので、定電
圧回路としては高精度のものが要求される。また温度特
性も一定のもの、すなわち温度変化にかかわらず出力電
圧が変化しないものが要求される。

このような高精度の定電圧回路として第４図に示す回路
が知られている。これは、バンドギャップ回路（Ｂａｎ
ｄＧａｐ回路）と呼ばれているものである。

定電圧回路の出力端子は０□と０□であり、出力電圧を
ｖｌとする。この定電圧回路に供給される電源電圧はＶ
であり、一種の電流源Ｃ８１を通して定電圧回路に電源
が供給される。電流源Ｃ８１の供給電流は、負荷変動、
負荷のオン、オフ等に応じて変化する。

定電圧回路は、トランジスタＱ１とＱ２とを含む電流ミ
ラー回路を備えている。一方のトランジスタＱ１はその
コレクタとベースとが接続され。

さらにコレクタは抵抗Ｒを介して出力端子Ｏ１■ に、エミッタは直接に出力端子０２にそれぞれ接続され
ている。他方のトランジスタＱ２のベースはトランジス
タＱ１のベースに接続され、そのコレクタは抵抗Ｒを介
して出力端子０１に、エミッタは抵抗Ｒを介して出力端
子０゜にそれぞれ接続されている。さらに第３のトラン
ジスタＱ　が出力端子０　と０２の間に接続されてい３
す る。トランジスタＱ３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。この定電圧回路は、電流源Ｃ
８１の電流が変化したときにトランジスタＱ３に流れる
電流が変化することにより出力電圧ｖ１を一定に保つよ
うに動作する。

この定電圧回路の温度特性について定量的に説明する。

抵抗ＲとトランジスタＱ１に流れる■ 電流をＩ　、抵抗Ｒ、ＲとトランジスタＱ２に流れる電
流を１２とする。また、トランジスタＱ　　、Ｑ　　、
Ｑ　　のベース／エミッタ間電圧それぞれＶ　　　、Ｖ
　　　、Ｖ　　　とすると次式が成立ＢＥＩ　　　ＢＦ
２　　８Ｅ３ する。

ｖ　　　−Ｖ　　　　　＋ＲＩ　　　　　　　　　　　
　　　　＝４１＞Ｌ　　　　　ＢＦ２　　　　２　　　
２ｖ　　　−（ＫＴ／ｑ）ｊ！　　　（１，／ｌ５）Ｂ
ＥＩ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｎ・・・（２
） Ｖ　　　−（ＫＴ／ｑ）　で　　（Ｉ２／ｌ８）ＢＦ２
　　　　　　　　　　　　　　　　ｎ・・・（３） ここでＫはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子の
電荷、Ｉ８は逆飽和電流である。

第（２）　、　（３）式より次式が導かれる。

ｖ−■ ＢＥｌ、　　　ＢＦ２ 一■２Ｒ３ ＝（Ｋ　Ｔ　／　ｑ　）　　ｆ！（１／　Ｉ　２　）　
　　・・・（４）したがって。

１、、−　（１／Ｒ３）（ＫＴ／ｑ） Ｊ　　　（１１／Ｉ２）　　　　　　　　・・・（５）
となる。

第（１）式に第（５）式を代入すると次式となる。

Ｖ　　−Ｖ　　　＋（Ｒ２／Ｒ３）　　（ＫＴ／Ｑ）ｌ
　　　ＢＦ２ １　　（１１／Ｉ２）　　　　　　　・・・（６）出力
電圧Ｖ１が温度Ｔの変化にかかわらず一定であるための
条件はｄＶ、／ｄＴ−０である。したがって第（６）式
から次式が得られる。

ｄＶ　　／ｄＴ−ｄＶ　　　／ｄＴ＋（Ｒ２／Ｒ３）Ｉ
　　　　　　　ＢＦ２ （Ｋ　Ｔ／　ｑ　）　ｊ！’　　（１／　１２　）一〇
　　　　　　　　　　・・・（７）これより Ｒ／Ｒ−［−ｄＶ　　　　　　／ｄＴ　コ　／２　　３
　　　　　　８Ｅ３ ［（Ｋ／ｑ）１　　（１／Ｉ２）コ ・・・（８） でなければならない。

第（８）式を第（６）式に代入すると。

ｖ　　−ｖ　　　＋［−ｄｖ　　　／ｄＴ］／Ｉ　　　
ＢＦ２　　　　　８Ｅ３ ［（Ｋ／ｑ）ｊ！　　　（１／Ｉ２）］ｘ　（ＫＴ／ｑ
）１　　　（１１／Ｉ２）−Ｖ　　　＋　［−ｄＶ　　
　／ｄＴ］　ＸＴＢＥ３　　　　　　ＢＦ２ ・・・（９） 一般１．：　ｄ　Ｖ　　　／　ｄ　Ｔは一２ｍＶ／”Ｃ
，ＶＢＥ３Ｅ３ は約０．６Ｖである。したがって、第（９）式から次の
ようになる。

ｖ１ζ０．８　＋　（２ｍＶＸ　　３００°Ｋ）ζ１．
２　　（Ｖ）　　　　　　　　　　　・・・（ｌＯ）す
なわち、第４図に示す定電圧回路は、温度特性を平坦に
するためには、出力電圧ｖ１は約１，２Ｖ（または定電
圧回路を多段に重ねた場合にはその整数倍）に限定され
るという問題があり１回路設計上きわめて不便であった
。

発明の概要 発明の目的 この発明は、出力電圧を任意に設定でき、しかも温度変
化にかかわらず常にほぼ一定の出力電圧が得られる定電
圧回路を提供することを目的とする。

この発明はまた上記の定電圧回路を利用した直流２線式
センサの出力回路を提供するものである。

発明の構成１作用および効果 この発明は、第１および第２のトランジスタを含むミラ
ー回路、ならびに上記ミラー回路を構成する一方のトラ
ンジスタの出力電圧によって制御される電流調整用の第
３のトランジスタから構成される定電圧回路において、
定電圧回路の出力端子と上記第３のトランジスタとの間
にそれぞれ接続された抵抗と、上記第３のトランジスタ
の出力によって制御される第４のバッファトランジスタ
とを備えたことを特徴とする。

この発明によると、従来のバンド・ギャップ定電圧回路
にさらに第４のバッファトランジスタを設け、出力電圧
を定める第３のトランジスタのエミッタにおける電位を
この第４のバッファトランジスタのエミッタ／ベース間
の抵抗で定めるようにしている。

したがって、温度特性をフラットにすることができる。

すなわち温度変化にかかわらず出力電圧をほぼ一定に保
持することができる。また、出力電圧を第３のトランジ
スタに接続された抵抗の値によって任意に設定すること
ができる。

第４のバッファトランジスタの後段に、さらに１または
複数段のバッファトランジスタを接続するようにしても
よい。この場合には出力電流−の容量を増大させること
ができる。

さらに最終段のバッファトランジスタによって制御され
る電流調整用のトランジスタをその前段のトランジスタ
に直列に接続することにより、定電圧特性を一層高める
ことができる。

この発明による定電圧回路は直流２線式センサの出力回
路に利用することができる。この場合。

この出力回路においては、上記定電圧回路とセンサによ
ってオン、オフ制御される第８のトランジスタとが直列
に接続され、定電圧回路の最終段のトランジスタの出力
によって制御される負荷制御用の第９のトランジスタが
設けられる。

この出力回路によると、センサ出力に基づいて負荷制御
用の第９のトランジスタがオ′ンとなることにより負荷
に電流が流れても、上記定電圧回路によってセンサへの
残留電圧を確保することができ、センサには常にほぼ一
定の動作電圧が供給されることになる。

実施例の説明 第１図はこの発明の実施例を示している。この図におい
て第４図に示すものと同一物には同一符号が付けられて
いる。

第４図との比較の上で、第３のトランジスタＱ　のエミ
ッタと出力端子０２との間には出力型圧Ｖ　を決定する
ための抵抗Ｒ５が接続されてい■ る。また、トランジスタＱ３に流れる電流（これをＩ　
とする）を決めるための抵抗Ｒ４がトランジスタＱ　の
コレクタと出力端子ｏ１との間に接続されている。さら
に第４のバッファトランジスタＱ　が出力端子０．０２
間に接続され、そのベースがトランジスタＱ３のコレク
タに接続されている。後に示すように電流Ｉ　は抵抗Ｒ
４とトランジスタＱ　のベース／エミッタ間電圧ｖＢＥ
４によって定められる。

第１図の定電圧回路の温度特性を定量的に説明すると次
のようになる。

出力電圧ｖ１に関してまず次式が成立する。

Ｖ−Ｖ＋ＩＲ＋ＩＲ・・・（１１） ＩＢＥ３２２３５ 第（５）式を利用すると次式が得られる。

Ｉ　　Ｒ＝　（Ｒ２／Ｒ３）　（ＫＴ／ｑ）Ｊ　　　（
１／Ｉ２）　　　　　　・・・（１２）ｎ　　　　　　
１ さらに第１図の回路において次式が成立つ。

Ｉ　　　Ｒ−（Ｖ　　　　／Ｒ）Ｒ・・・（１３）３５
　　　　　　８Ｅ４４５ 第（１２）、　（１３）式を第（１１）式に代入すると
次式が得られる。

ｖ　″Ｖ　　＋（Ｒ５／Ｒ４）ＶＢＥ４１　　　１３Ｅ
３ ＋　（Ｒ２／Ｒ３）（ＫＴ／Ｑ） 、ｅ　　（１／Ｉ２）　　　　　　　　・・・（１４）
Ｉ Ｖ　　　−Ｖ　　　−Ｖ　　　　　　　　　　　・・・
（１５）ＢＦ２　　　８Ｅ４　　　８Ｂ と置くと、第（１４）式は次のようになる。

■　−［１＋（Ｒ５／Ｒ４）］ＶＢＥ ＋　（Ｒ２／Ｒ３）（ＫＴ／Ｑ） ｉ！（１／Ｉ２）　　　　　　　　・・・（１６）第（
１６）式を温度Ｔで微分すると。

ｄＶ　　／ｄＴ−［１＋（Ｒ５／Ｒ４）］ｄＶ　／ｄＴ
＋（Ｒ２／Ｒ３） Ｅ （Ｋ　／　ｑ　）　　ｊ！　　　（１／　Ｉ　２　）・
・・（１７） となる。

第（１７）式１：オイテｄＶ、　／　ｄ　Ｔ　−０とし
て（Ｒ２／Ｒ３）を求めると。

Ｒ／Ｒ−ｆ−［１＋（Ｒ／Ｒ４）コ ｄＶＢＥ／ｄＴ）／［（Ｋ／ｑ） ！　　（１／Ｉ　　　）］　　　　・・・（１８）ｎ　
　　　　ｌ　　　　　２ となる。第（１８）式を第（１６）式に代入して整理す
ると第（１６）式は次のように表わされる。

Ｖ　　−［１＋　（Ｒ／Ｒ４］ ［Ｖ　　−（ｄＶＢＥ／ｄＴ）　Ｔ］　　−（１９）Ｅ （ｄＶＢＥ／ｄＴ）Ｔは約０．６Ｖとなり（ｄｖＢＥ／
ｄＴ＝−２ｍＶ／”Ｃ，Ｔ＝　　３００℃）、これは■
　にほぼ等しいから、第（１９）式は最終的に次のＥ ようになる。

Ｖ　　−２［１＋（Ｒ／Ｒ）］Ｖ　　　　−（２０）１
　　　　　　　５　　４　　　　ＢＰ第（２０）式は、
温度変化にかかわらず出力電圧■　をほぼ一定に保持す
るという条件下であっても、出力電圧ｖ１を抵抗Ｒ４と
Ｒ５の値によって任意に定めることができることを示し
ている。

第２図は第１図に示す定電圧回路を直流２線式センサの
出力回路に応用した例を示している。定電圧回路はその
全体が符号１０で示され、各構成要素には第１図に示す
符号がそのまま使用されている。出力回路はその全体が
符号２０で示されている。

センサ２Ｉは近接スイッチ、フォトスイッチ等で代表さ
れるものであり、このセンサ２１の出力信号（Ｈまたは
Ｌレベル）によって制御されるトランジスタＱ　が設け
られ、このトランジスタＱ８が、出力回路２０の出力端
子Ｐ　　、　　Ｐ　２間に、定電■ 迂回路１０と直列に接続されている。定電圧回路１０の
バッファトランジスタＱ４のエミッタは出力端子Ｐ　に
接続され、そのコレクタは抵抗Ｒ６を介■ して出力端子Ｐ２に接続されている。さらにバッファト
ランジスタＱ６が設けられ、このトランジスタＱ　は出
力端子Ｐ、Ｐ、、間に接続され、そのベースはトランジ
スタＱ４のコレクタに接続されている。

出力回路２０の出力端子Ｐ　　、Ｐ　２には負荷２２と
■ 直流電源２３が直列に接続されている。負荷２２けたと
えばりレー　フォトカブラ等であり、上述した電流源Ｃ
Ｓ　ｉに相当する。電源２３の出力電圧が上述した電源
電圧Ｖに相当する。

センサ２１の出力信号がＨレベルになるとトランジスタ
Ｑ８がオンとなり、定電圧回路ｌＯに電流が流れてトラ
ンジスタＱ６がオンとなる結果、負荷２２に通電する。

このような場合でも、定電圧回路１０から一定電圧ｖ１
が出力され（残留電圧）、センサ２１に動作電圧として
与えられるので、センサ２１は通常の動作を行なうこと
ができる。

センサ２１の出力がＬレベルの場合にはトランジスタＱ
　　、Ｑ　　がオフとなる。この場合にも定電圧回路Ｉ
Ｏによってセンサ２１に供給される動作電圧が一定に保
たれる。負荷２２にはセンサ２１等を通して微弱な電流
が流れるが、負荷が動作することはない。

第２図に破線で示すように、さらに多段にバッファトラ
ンジスタＱ７を接続するようにしてもよい。トランジス
タＱ　は出力端子ｐ、ｐ２間に接続され、そのベースは
トランジスタＱＢのコレクタに接続されている。トラン
ジスタＱＢのコレクタは抵抗Ｒ７を介して出力端子Ｐ１
に接続される。このように出力段のトランジスタを増加
させることにより電流容量を増大させることができる。

第３図は他の実施例を示している。第４のトランジスタ
Ｑ　のコレクタは抵抗Ｒ６を介して出力端子０２に接続
されている。さらにトランジスタＱ４のコレクタ電位に
よって制御されるトランジスタＱ　が設けられ、このト
ランジスタＱＢのエミッタは出力端子Ｏに、コレクタは
抵抗Ｒ８を介して電源Ｖに接続されている。そして電源
Ｖと出力端子０１との間に電流制御用のトランジスタＱ
　が接続され、このトランジスタＱ５のベースはトラン
ジスタＱＢのコレクタに接続されている。

第３図に示す定電圧回路は概略的に述べると次のように
動作する。電源電圧Ｖが上昇するとトランジスタＱ５に
流れる電流が増大し、定電圧回路への供給電流が増大す
る。この増加した電流は主にトランジスタＱ４に流れる
ので、このトランジスタＱ４のコレクタ電位が上昇する
。この結果。

トランジスタＱ６に流れる電流も増大するのでトランジ
スタＱ５のベース電位が下り、トランジスタＱ５に流れ
る電流が減少して、出力電圧Ｖ１はほぼ一定に保たれる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路図、第２図は第１
図に示す定電圧回路を直流２線式センサの出力回路に応
用した例を示す回路図、第３図は他の実施例を示す回路
図である。 第４図は従来例を示す回路図である。 Ｒ、Ｒ、Ｒ、Ｒ、Ｒ・・・抵抗。 以　　上

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１および第２のトランジスタを含むミラー回路
   、ならびに上記ミラー回路を構成する一方のトランジス
   タの出力電圧によって制御される電流調整用の第３のト
   ランジスタから構成される定電圧回路において、 定電圧回路の出力端子と上記第３のトランジスタとの間
   にそれぞれ接続された抵抗と、 上記第３のトランジスタの出力によって制御される第４
   のバッファトランジスタと、 を備えたことを特徴とする定電圧回路。
2. （２）上記第４のトランジスタに接続された抵抗と、 上記第４のトランジスタの出力によって制御される第５
   のバッファトランジスタと、 をさらに備えた請求項（１）に記載の定電圧回路。
3. （３）上記第５のトランジスタに接続された抵抗と、 上記第５のトランジスタの出力によって制御される第６
   のバッファトランジスタと、 をさらに備えた請求項（２）に記載の定電圧回路。
4. （４）第４のトランジスタに直列に第７のトランジスタ
   が接続され、この第７のトランジスタが第５のトランジ
   スタの出力によって制御される請求項（２）に記載の定
   電圧回路。
5. （５）請求項（１）から（３）のいずれかに記載の定電
   圧回路と、センサによってオン、オフ制御される第８の
   トランジスタとが直列に接続され、第４、第５または第
   ６のトランジスタの出力によって制御される負荷制御用
   の第９のトランジスタが設けられている、定電圧回路を
   利用した直流２線式センサの出力回路。