JPH0474735B2 - - Google Patents

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JPH0474735B2
JPH0474735B2 JP56193741A JP19374181A JPH0474735B2 JP H0474735 B2 JPH0474735 B2 JP H0474735B2 JP 56193741 A JP56193741 A JP 56193741A JP 19374181 A JP19374181 A JP 19374181A JP H0474735 B2 JPH0474735 B2 JP H0474735B2
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resistor
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/22Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は定電圧発生回路、特に集積回路用とし
て好適な定電圧発生回路に関する。
(2) 技術の背景 集積回路IC内においては、ある基準電圧いわ
ゆるVrefが不可欠である。例えばアナログICにお
けるバイアス電圧の設定のために、あるいは、デ
イジタルICにおけるスレツシヨルド電圧(論理
“1”,“0”の切り分け)の設定のためにその
Vrefを必要とする。このような基準電圧Vrefを生
成するのが定電圧発生回路である。
(3) 従来技術と問題点 第1図は従来の定電圧発生回路を示す回路図で
ある。本図において、Vccは電源電圧、GNDは
グランド、Vrefは求める基準電圧である。Vccと
GND間にはトランジスタQ13およびQ14,
増幅器A,トランジスタQ11およびQ12,抵
抗R11およびR12が図示するように接続され
ている。尚、増幅器Aは高入力インピーダンスの
正相増幅器である。ここに、いわゆるバンドギヤ
ツプ形定電圧発生回路が実現される。つまり、半
導体トランジスタにおけるベース−エミツタ間に
形成されるダイオードのバンドキヤツプ電圧を利
用している。ただし、この原理を利用することは
後述の本発明においても同じである。
本図において、前述したベース−エミツタ間の
ダイオード電圧VDは、 VD=kT/qnIE/Is で表わされることが知られている。qは電子の電
荷、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、IEはエ
ミツタ電流である。又、Isは該ダイオードの逆方
向漏れ電流である。かくして、VDはIE/Isの自然対 数及び、Tの積に比例することになる。ここでト
ランジスタQ13およびQ14は共に同一の定電
流を供給するよう帰還をかけられているから、各
ダイオード(各トランジスタのベース−エミツタ
部)の順方向電圧は前述のエミツタ漏れ電流(同
一製造条件の時はエミツタ面積に比例する)の比
の自然対数nIE/Isに比例してずれることになり、 抵抗R11をもつて、そのずれを補償する。
結局、第1図に示した定電圧発生回路は、グラ
ンドGNDを基準電位として、ここから基準電圧
Vrefの値が固定(規定)される。
すなわち、従来のこの種の定電圧発生回路は、
一般に電位が極めて安定しているグランドを基準
電位とし、このグランドからのレベルで基準電圧
Vrefを定めていた。然し、いかなる場合にもグラ
ンドを基準にしなければVrefを定めることができ
ないというのでは回路設計上の自由度が著しく制
限されて不便である。そこで、電源電圧Vccの安
定性を上記グランド並みに高め、ある場合には、
電源電圧Vccを基準電位として、ここから基準電
圧Vrefの値を固定(規定)できるようにすること
が望まれる。例えば正負の2電源を供給される集
積回路では正側と共に負側の電源も安定させる必
要が生じている。
このような場合、VrefをVccから規定する方法
として、第1図の回路において、VccをGNDに、
GNDをVccに、トラジスタQ13,Q14を共
にPNP形からNPN形に,トランジスタQ11,
Q12を共にNPN形からPNP形にそれぞれ逆転
する使い方が考えられる。然しながら、この方法
は実用的ではない。なぜなら、Q11,Q12と
してPNPトランジスタを用いることとなると、
その特性がエミツタ接地直流電流増幅率hFEに関
し良好でなく又VBEの直線性に関しても良好でな
いことから、高精度且つ高安定なVrefが期待され
ないからである。
(4) 発明の目的 本発明は上記問題に鑑み、高精度且つ高安定性
を維持しつつ電源電圧Vccから基準電圧Vrefを規
定することのできる定電圧発生回路を提供するこ
とを目的とするものである。
(5) 発明の構成 上記の目的は、前述のトランジスタQ11,Q
12に相当する2つのトランジスタの各ベースを
第1の抵抗の両端に接続すると共に、該第1の抵
抗を含んで直列接続されるダイオード及び第2の
抵抗をVccと増幅器Ampの間に接続し、該第1
の抵抗に流れる電流を一定に保持しながら、該第
2の抵抗と増幅器の中間接続点よりVrefを得るこ
とによつて達成される。
(6) 発明の実施例 第2図は本発明に基づく定電圧発生回路の原理
を示す回路図であり第3図は、その一実施例を示
す回路図である。尚、図中Ampは高利得の電流
増幅器(増幅率α:α≫1)、Compはトランジ
スタQ4,Q6のコレクタ電流ICQ4およびICQ6
差に比例した電流I1を出力する比較器である。本
発明の動作を説明する前に、VrefがVccから規定
される根拠およびそれが高精度且つ高安定である
根拠を初めに示しておく。そのVrefは Vref=Vcc−VD1−VR1−VR2 …… で定められることは第2図より明らかである。な
お、VD1,VR1,VR2はそれぞれダイオードD1、
抵抗R1,R2にかかる電圧である。上記式を
さらに展開してみる。ただし、その展開の根拠は
例えば、“IEEE JOURNAL OF SOLID−
STATE CIRCUIT VOL SC−11 No.6
DECEMBER1976”誌上の論文“A TWO
TERMINAL IC Temperature Transducer”
により公知である。
先ずトランジスタのベース−エミツタ間電圧を
VBEとすると、 VBE=kT/qnIE/Is …… VBE=VGAP−αT …… が成立する(ただし、上記式は既に掲げたもの
と同じである)。VGAPは半導体ダイオードのバン
ドギヤツプ電圧、Isおよびαはトランジスタ(上
記半導体ダイオードを形成する)の形状等により
定まる定数。
一方、上記式中の抵抗R1にかかる電圧VR1
は上記式を考慮して、 VR1=VBEQ4−VBEQ6 =kT/qnIEQ4/IsQ4−kT/qnIEQ6/IsQ6…… トランジスタQ4およびQ6に流れるエミツタ
電流を等しいとすると、 VR1=kT/qnIE/IsQ4−kT/qnIE/IsQ6 =kT/q(nIsQ6−nIsQ4) …… なお、サフイツクスR1,Q4,Q6等は第2
図中の該当する抵抗、トランジスタに係るもので
あることを意味する。ここで、Isは同一のプロセ
スを経て得られたトランジスタではエミツタ面積
に比例し、本図の場合、 IsQ6=mIsQ4 (m>1) …… が成立する。そうすると、 VR1=kT/q(nm+nIsQ4−nIsQ4) =kT/qnm …… が成立する。
一方、VR2については、 VR2=iR1×R2=VR1/R1R2 …… (iR1は抵抗R1を流れる電流) であるので、結局 VR1+VR2=kT/q(1+R2/R1)nm…… となる。ここで上記式を再び参照すると、この
式の左辺におけるVBEは、前述のとおりトラン
ジスタのベース−エミツタ間電圧であり、既述の
ダイオードD1にかかる電圧VD1と等価である。
そこで左辺のVBEをそのVD1に置き換えた式と、
上記式とを上記式に代入すると、 Vref=Vcc−VD1−VR1−VR2 =Vcc−(VGAP−αT)−kT/q (1+R2/R1)nm …… となる。
そこで、R2/R1及びmを α=k/q(1+R2/R1)nm …… となるよう定めると、結局、上記式は、 Vref=Vcc−VGAP …… となり、絶対温度Tに無関係にVrefが定まること
になる。通常シリコンの場合、VGAPは、1.24〜
1.25V(絶対零度)である。かくして、基準電圧
Vrefは、温度変動と関係なく、且つVccより規定
されることになる。実際の手順としては、先ず、
第2図の回路設計をし、次に面積比(トランジス
タQ4,Q6のエミツタ面積比)mを定め、最後
にR2/R1の値をαに基づいて、上記式に則り定め る。なお、αの値は集積回路の製造工程において
精度良く制御できる。
結論から先に説明したが、次に第3図に示す本
発明の一実施例に従つて動作を説明する。トラン
ジスタQ3,Q5およびトランジスタQ7(機能
としてはダイオード)、トランジスタQ8は、い
わゆるカレントミラー回路を構成し、第1図にお
けるトランジスタQ13およびQ14と同様に働
く。
前述のトランジスタQ4,Q6は各エミツタを
共通に接続した後、定電流源CIを経てグランド
GNDに接続される。トランジスタQ4よびQ6
の各ベースは抵抗R1の両端にそれぞれ接続され
る。
トランジスタQ1およびQ2は、前述のVcc→
VD1→VR1→VR2のルートに、高利得電流増幅器
(ダーリントン接続と等価)として挿入される。
これらトランジスタQ1,Q2は高周波域で発振
し易いから、その高周波領域での利得を下げる必
要がある。この意味で挿入されるのがコンデンサ
Cである。
トランジスタQ7,Q8を含むカレントミラー
回路は、トランジスタQ3およびQ5の第1各コ
レクタ(図中上側に示されるマルチコレクタの1
つ)に同一の電流を流す働きがあるから、各該マ
ルチコレクタの下側の第2のコレクタにもそれぞ
れ同一の電流が流れる。かくして、トランジスタ
Q4およびQ6のコレクタに、それぞれ同一の電
流が通電されることになる。一方、これらトラン
ジスタQ4およびQ6の各ベース間の電位差は、
先の式および式で定められるように、エミツ
タ面積比m、すなわちエミツタ電流密度、に依存
する。つまり比mに相当する電位差が抵抗R1に
加わることになる。これが上記式に相当する。
逆に、このような関係が維持されてこそ、前述の
展開式により証明した高精度且つ高安定のVref
得られる。
そこで、該式で定まるVR1が常に保たれるよ
うなフイードバツクが形成されなければならな
い。フイードバツクが形成されることを示す動作
例を説明する。今、仮りに、抵抗R1の通電電流
iR1が減少したとすると、Vref点電位が上昇するの
でこれをフイードバツクにより回復しなければな
らない。iR1が減少すると、Q4,Q6のVBEの差
が減少することになるため、Q4,Q6のエミツ
タ電流のバランスがくずれQ6のコレクタ電流が
増大しQ5の第二のコレクタ電流が増大する。そ
こでマルチコレクタとなつている第一のコレクタ
電流も同様に増大しようとする。そこでトランジ
スタQ8はその増大分を吸収しようとする。とこ
ろが、トランジスタQ7とカレトミラーの関係に
なつていることから、その増大分を吸収できず、
前記高利得電流増幅器Ampを構成するトランジ
スタQ2のベースに分流する。これにより、トラ
ンジスタQ1の電流は増大する。つまり、抵抗R
1の電流iR1は増大する。してみると、先の仮定
は、iR1が減少したとしたので、ここで再び増大
し、フイードバツクループが閉じることになる。
かくして、上記式の関係は安定に保持され、最
終的な上記式の関係も安定に満たされる。
第2図において、トランジスタQ1を、トラン
ジスタQ2と共に高利得電流増幅器Ampとした
のは、前記トランジスタQ8のコレクタに影響を
与えることなく、Vcc→D1→R1→R2の電流
を十分に引き込むことができるようにするためで
ある。
(7) 発明の効果 以上詳細に説明したように本発明によれば、第
1図の従来例と同等の高精度・高安定にて、Vcc
からのVrefの規定が可能となり、例えば同一チツ
プ上に正、負の安定化電源を構成することもでき
る。なお、上述の説明は、全てVccそのものから
定めるものとしているが、Vccから定まる他の電
位を基準としてVrefを定める場合もあることは勿
論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の定電圧発生回路を示す回路図、
第2図は本発明に基づく定電圧発生回路の原理を
示す回路図、第3図はその一実施例を示す回路図
である。 Comp……ICQ6−ICQ4に比例した出力電流を送出
する比較器、Amp……高利得の電流増幅器、Q
1,Q2……ダーリントン構成をなすトランジス
タ、Q3,Q5,Q8……カレントミラーをなす
トランジスタ、Q7……カレントミラーをなすダ
イオード、Q4,Q6……第1図のトランジスタ
Q11,Q12に相当するトランジスタ、D1…
…ダイオード、R1……第1抵抗、R2……第2
抵抗、C……コンデンサ、C1……定電流源、
Vcc……電源電圧、Vref……基準電圧、GND……
グランド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 正の電源電圧VccおよびグランドGND間に
    挿入され、該電源電圧Vccから規定される基準電
    圧Vrefを生成するための定電圧発生回路におい
    て、 該電源電圧Vccと基準電圧出力端間に直列に、
    かつ該電源電圧Vccから順に接続されたダイオー
    ドD1、第1抵抗R1および第2抵抗R2と、 前記ダイオードD1と第1抵抗R1との間にベ
    ースが接続された第1のトランジスタQ4と、 前記第1抵抗R1と第2抵抗R2との間にベー
    スが接続され、かつ前記第1のトランジスタQ4
    よりエミツタ電流密度の小さい第2のトランジス
    タQ6と、 前記第1および第2のトランジスタQ4,Q6
    のエミツタ共通接続点より前記グランドGNDに
    対して接続される定電流源C1と、 該電源電圧Vccならびに該第1および第2トラ
    ンジスタQ4,Q6の各コレクタ間に接続され該
    第1および第2トランジスタQ4,Q6の各コレ
    クタ電流を供給すると共にそのコレクタ電流差を
    検出する比較器Compと、 該比較器Compの出力を入力信号とし、その出
    力端が該基準電圧出力端に接続された高利得電流
    増幅器Ampとにより構成され、該第2抵抗R2
    と該高利得電流増幅器Ampの中間接続点より前
    記基準電圧Vrefを取り出すようにしたことを特徴
    とする定電圧発生回路。
JP19374181A 1981-12-03 1981-12-03 定電圧発生回路 Granted JPS5896318A (ja)

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JPS5896318A JPS5896318A (ja) 1983-06-08
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5132556A (en) * 1989-11-17 1992-07-21 Samsung Semiconductor, Inc. Bandgap voltage reference using bipolar parasitic transistors and mosfet's in the current source
DE112020006002T5 (de) * 2019-12-06 2022-11-03 Rohm Co., Ltd. Referenzspannungsgenerierungsschaltung

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5518928A (en) * 1978-07-26 1980-02-09 Citizen Watch Co Ltd Electronic device of small size with transparent conductive film

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