JPH0962389A - 定電圧源回路 - Google Patents

定電圧源回路

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JPH0962389A
JPH0962389A JP7220962A JP22096295A JPH0962389A JP H0962389 A JPH0962389 A JP H0962389A JP 7220962 A JP7220962 A JP 7220962A JP 22096295 A JP22096295 A JP 22096295A JP H0962389 A JPH0962389 A JP H0962389A
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supply voltage
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な回路構成で、出力電圧レベルを任意に
設定でき、電源電圧や温度に依存しない一定電圧を出力
しかつ電源投入時すなわち低電源電圧時に出力電圧を電
源電圧に等しくする。 【解決手段】 コレクタ,エミッタを抵抗R1,R2を
介して夫々電源電圧,接地に接続され、ベースを基準電
圧に接続された第1トランジスタB1と、コレクタを電
源電圧に接続され、ベースを第1トランジスタB1のコ
レクタに接続され、エミッタを第3,第4の抵抗R3,
R4の直列接続を介して接地されたトランジスタB2
と、コレクタ,エミッタを抵抗R5,R6を介して夫々
電源電圧,接地に接続され、ベースを第3及び第4の抵
抗R3,R4の接続点に接続された第3トランジスタと
を備え、出力をこの第3トランジスタのコレクタから取
り出せるような構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は定電圧源回路に関
し、特にバイポーラトランジスタを用いた半導体集積回
路に好適な定電圧源回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の定電圧源回路の例として、図5
に示す公知の典型的な回路がある。この回路はワイドラ
ー型バンドギャップ回路と称されるものであり、バイポ
ーラトランジスタのベースエミッタ間に生じる電圧を利
用して、温度及び電源電圧に依存しない定電圧を発生す
る回路である。
【0003】図5を参照すると、定電圧出力VBGはトラ
ンジスタB8のエミッタから導出されており、このトラ
ンジスタB8のコレクタには電源電圧VCCが、ベースに
は抵抗R11を介して電源電圧VCCが夫々供給されてい
る。
【0004】また、トランジスタB8のベースにはトラ
ンジスタB7のコレクタが接続されており、トランジス
タB7のエミッタには基準電圧であるアース電位が供給
されている。出力端子(VBG)とアース電位との間に
は、抵抗R9,トランジスタB6,抵抗R10がこの順
に直列接続されており、トランジスタB6のコレクタ出
力がトランジスタB7のベース入力となっている。
【0005】更に、出力端子(VBG)とアース電位との
間には、抵抗R8と、ダイオード接続構成のトランジス
タB5とがこの順に直列接続されており、トランジスタ
B5のベースとトランジスタB6のベースとが共通接続
されている。
【0006】かかる構成において、トランジスタB5の
ベース−エミッタ間電圧VBE1 とトランジスタB5より
エミッタ面積の大きなトランジスタB6のベース−エミ
ッタ間電圧VBE2 と抵抗R10とによって定まる電流
が、抵抗R9を流れることによって生じる電圧VR9と、
トランジスタB7のベース−エミッタ間電圧VBE3 との
電圧の加算により、約1.2Vの接地電位から一定の出
力電圧を発生する。
【0007】この時、各トランジスタのベース−エミッ
タ間電圧は電源電圧による変動を受けず、またVBE3 が
負の温度特性すなわち温度が上がるとVBE3 が増加する
特性であるのに対して、VR9は正の温度特性すなわち温
度が上がるとVR9が減少する特性であるため、R9及び
R10を調整することにより、電源電圧及び温度に依存
しない電圧を出力することができるようになっている。
【0008】図6に、図5の回路における出力電圧VBG
の電流電圧VCCに対する変化特性を示す。図5の回路構
成では、電源投入時すなわち低電源電圧時にVBGが不安
定となるため、通常使用する場合には、抵抗を介してV
BGをVCCまたはGND(アース電位)に接続している。
【0009】図6において、VBG(C1)は抵抗を介して
VBGをGNDに接続した場合のVBGの特性であり、VBG
(C2)は抵抗を介してVBGをVCCに接続した場合のVBG
の特性である。いずれの場合も、VCCが約2V以上で約
1.2Vの一定電圧を出力するような特性となる。
【0010】また図7に、特開平3−194610号公
報に開示の回路構成を示す。この回路は電源電圧とアー
ス電位との間に直列に接続された抵抗R12及びR13
からなる分圧回路を用いて、トランジスタB9のベース
電圧及びエミッタ電圧、ひいてはトランジスタB10の
ベース電圧及びエミッタ電圧を制御し、トランジスタB
10のエミッタ電圧を抵抗R15及びR16を用いて電
源電圧変動と逆方向に増幅することにより、電源電圧に
依存しない電圧を出力するようにしたものである。
【0011】具体的に説明すると、出力電圧VO は以下
の式で与えられる。
【0012】VO =A1・VCC+A2・VBE …(1) ここで、 A1=1−R13・R16/{R15・(R12+R13)} …(2) A2=2・R16/R15 …(3) であり、VBEはベース−エミッタ間電圧である。
【0013】従って、VCCの影響をなくすには、A1=
0すなわち、 R13/(R12+R13)=R15/R16 …(4) を満たすように設定することで実現できる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の定電圧
源回路では、夫々次のような問題点が挙げられる。
【0015】図5の定電圧源回路では、出力電圧が接地
電位から約1.2Vと固定であるため、それ以外の電圧
を発生することができないという問題点がある。また、
図6に示したように、回路の電源投入時つまり低電源電
圧時に出力電圧が電源電圧に等しくならないという特性
があり、この図5の定電圧源回路の出力電圧を、例えば
半導体集積回路の内部降圧用の基準電源電圧に使用する
場合は、この半導体集積回路の内部降圧電源電圧が供給
されている内部回路では、電源投入時つまり低電源電圧
時に動作余裕が少なくなるという欠点がある。
【0016】図7の定電圧源回路では、式(1)におい
てバイポーラトランジスタのベース−エミッタ間電圧V
BEの項があり、式(3)より、このVBEの項をなくすこ
とはできないので、出力電圧がVBEの温度依存を受ける
という欠点がある。
【0017】本発明の目的は、簡単な回路構成で出力電
圧が電源投入時つまり低電源電圧時に電源電圧に等しく
なり、定電圧出力時には出力電圧レベルを任意に設定で
き、かつその出力電圧が温度及び電源電圧による影響を
受けないように設定できる定電圧源回路を提供すること
である。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第1の
抵抗と、基準電圧がベースに供給された第1のトランジ
スタと、第2の抵抗とがこの順に電源電圧と基準電位点
との間に直列接続された第1の電流路と、前記第1のト
ランジスタのコレクタ出力がベースに供給された第2の
トランジスタと、第3の抵抗と、第4の抵抗とがこの順
に前記電源電圧と基準電位点との間に直列接続された第
2の電流路と、第5の抵抗と、前記第3及び第4の抵抗
の接続点の出力がベースに供給された第3のトランジス
タと、第6の抵抗とがこの順に前記電源電圧と基準電位
点との間に直列接続された第3の電流路と、前記第3の
トランジスタのコレクタから定電圧を導出する出力端子
と、を含むことを特徴とする定電圧源回路が得られる。
【0019】そして、前記基準電圧発生のための手段と
して、前記第1のトランジスタのベースとベースが共通
接続されてカレントミラ−回路を構成する第4のトラン
ジスタを有することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の作用は次の如くである。
すなわち、出力段の電流路として、抵抗,反転増幅用ト
ランジスタ,抵抗をこの順に電源と基準電位との間に直
列に設け、この反転増幅用トランジスタのコレクタ出力
を回路出力端子とすることで、電源投入時(電源電圧の
低電圧時)に、このトランジスタがオフとなっているこ
とにより、出力を抵抗によって電源側へプルアップする
ことができ、出力を電源電圧と等しくできる。
【0021】入力段電流路として、抵抗,反転増幅用ト
ランジスタ,抵抗をこの順に電源と基準電位との間に直
列に設け、この反転増幅用トランジスタのベースに基準
電圧を印加する。また、中間段電流路として、エミッタ
フォロワ用トランジスタと抵抗分圧回路とをこの順に電
源と基準電位との間に直列に設け、入力段電流路のトラ
ンジスタのコレクタ出力をエミッタフォロワ用トランジ
スタのベースへ印加し、抵抗分圧回路の分圧出力を出力
段電流路のトランジスタのベースへ印加する。
【0022】こうすることにより、各段の電流路の抵抗
比によって出力電圧特性や温度特性が決定されることに
なり、個々の抵抗値のバラツキにも強く、かつ抵抗比を
変えることで、電源依存特性や温度特性、更には出力電
圧を制御できるという利点が生ずる。
【0023】以下に図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。
【0024】図1は本発明の実施例の回路図である。
尚、本実施例において、最低電圧をアース電位GNDと
し、最高電圧を電源電圧VCCとして説明する。
【0025】図1を参照すると、本実施例は基本的に入
力段電流路IR1と、中間段電流路IR2と、出力段電
流路IR3とからなっており、入力段電流路IR1の反
転増幅用トランジスタB1のベースには基準電圧VREF
が印加されており、出力段電流路IR3の反転増幅用ト
ランジスタB3のコレクタから定電圧出力VOUT が導出
されている。
【0026】基準電圧VREF は電源電圧VCCや温度によ
って変動しない電圧であるものとする。この基準電圧V
REF は図5に示したワイドラー型バンドギャップ回路の
出力電圧を用いることもできる。
【0027】入力段電流路IR1は、抵抗R1,トラン
ジスタB1,抵抗R2とがこの順に電源電圧VCCとアー
ス電位との間に直列接続された回路である。出力段電流
路IR2は、エミッタフォロワトランジスタB2と抵抗
R3,R4とがこれまた電源電圧VCCとアース電位との
間にこの順に直列接続された回路である。
【0028】出力段電流路IR3は、抵抗R5と、反転
増幅用トランジスタB3と、抵抗R6とがこれまた電源
電圧VCCとアース電位との間にこの順に直列接続された
回路である。
【0029】そして、トランジスタB1のコレクタ出力
V2がトランジスタB2のベース入力となっており、抵
抗R3とR4との接続点電圧V4(すなわち、抵抗R
3,R4によるトランジスタB2のエミッタ電圧V3の
分圧電圧)がトランジスタB3のベース入力となってい
る。
【0030】先ず、電源投入時すなわち低電源電圧時に
VOUT がVCCに等しくなることについて説明する。VOU
T は抵抗R5を介してVCCに接続され、トランジスタB
3と抵抗R6とによってGNDに接続されている。従っ
て、トランジスタB3がオフした状態つまり抵抗R5に
電流が流れない状態の時、この抵抗R5により出力はプ
ルアップされてVOUT はVCCに等しくなる。VCCがある
値以上になるとトランジスタB3がオンしVOUT がVCC
に等しくなくなる。
【0031】各トランジスタのベース電流を無視し、ベ
ース−エミッタ間電圧VBEが等しいと仮定すると、トラ
ンジスタB3がオンし始める時の電源電圧VCCONはトラ
ンジスタB1がオフした状態の時最も低く、 VCCON=VBE(2+R3/R4) …(5) となる。
【0032】ここでVBEを0.8Vとすると、R3/R
4>0であるから、 VCCON>1.6V …(6) となる。式(5)から分かるが、R3/R4の値を大き
くするとVCCONの値は大きくなる。
【0033】例として、VREF に図5の出力電圧を用い
る場合、図5の回路は電源電圧が約2.0V以上で約
1.2Vの定電圧を出力するので、R3/R4の値を
0.5以上に設定することで、電源投入時つまり定電圧
時にVREF の値によらずVOUT がVCCに等しくなる。
【0034】次に、VOUT が電源電圧及び温度による依
存を受けないことについて説明する。図1に示された各
ノードの電圧V1,V2,V3,V4,V5及びVOUT
について計算を行うと、 V1=VREF −VBE …(7) V2=VCC−V1(R1/R2)=VCC−V1・C1 …(8) V3=V2−VBE …(9) V4=V3{R4/(R3+R4)}=V3・C2 …(10) V5=V4−VBE …(11) VOUT =VCC−V5(R5/R6)=VCC−V5・C3 …(12) となる。
【0035】ここで、 C1=R1/R2 …(13) C2=R4/(R3+R4) …(14) C3=R5/R6 …(15) である。
【0036】式(11)に式(7)〜(11)を代入し
てまとめると、 VOUT =VCC(1−C2・C3)+C1・C2・C3・VREF +VBE(C3+C2・C3−C1・C2・C3)…(16) となる。
【0037】ここで、VOUT ,VCC,VREF ,VBEのV
CC変動による変化分を夫々voutc,vccc ,vrefc,v
bec とすると、vrefc及びvbec は0で、vccc は1と
なるので、式(16)よりvoutc=0を解くと、 C3=1/C2 …(17) となり、これが電源電圧変動の影響を受けないための条
件式となる。
【0038】更に、VOUT ,VCC,VREF ,VBEの温度
変動による変化分を夫々voutt,vcct ,vreft,vbe
t とすると、vcct 及びvreftは0となるので、式(1
6)よりvoutt=0を解くと、 1/C2=C1−1 …(18) となり、これが温度変動の影響を受けないための条件式
となる。
【0039】更に式(17)及び式(18)を式(1
6)に代入すると、 VOUT /VREF =C1・C2・C3 …(19) となり、これが出力電圧レベルを任意に設定できるため
の条件式となる。
【0040】今、図1に示した回路において、各抵抗R
1,R2,R3,R4,R5,R6の値を図2に示す如
く選定する。この値を式(13),(14),(15)
に代入すると、C1=3,C2=0.5,C3=2とな
り、式(17)及び式(18)が成り立つ。従って、V
REF を1.2Vとすると、式(19)より VOUT =3.6V となり、出力電圧レベルが3.6Vの電源電圧及び温度
に依存しない一定電圧が得られることが分かる。
【0041】更に、VBEを0.8Vとすると式(5)よ
り VCCON=2.4V となり、VCCON>VREF であるため、VREF の電源投入
時の電圧変化によらず電源投入時つまり低電圧時にVOU
T が電源電圧に等しくなることが分かる。
【0042】図3は図1の実施例における、出力電圧V
OUT のVCCに対する特性を示したグラフである。このグ
ラフから分かるように、VOUT は電源投入時すなわち低
電源電圧時に電源電圧VCCに等しくなり、VCCがVOT以
上で、一定電圧VOTを出力するような特性となる。
【0043】図4は本発明の他の実施例の回路図であ
り、図1と同等部分は同一符号にて示されている。図1
の回路に対してカレントミラー用電流路IR4が付加さ
れており、図1の回路における外部基準電圧VREF の代
わりとなっている。
【0044】この電流路IR4は抵抗R7とトランジス
タB4との直列回路構成であり、トランジスタB4のベ
ースとコレクタとを接続したダイオード接続構成となっ
ており、このトランジスタB4のベースとトランジスタ
B1のベースとが共通接続されることにより、カレント
ミラー回路として動作する。
【0045】この時トランジスタB1のエミッタ面積は
トランジスタB4のそれより大きく設定されている。ト
ランジスタB1及びB4に流れる電流を同じに設定し、
トランジスタB4のエミッタ面積がトランジスタB1の
A倍であるとすると、ノード電圧V1は、 V1=Vt ・lnA …(20) となる。ここで、 Vt =k・T/q …(21) であり、kはボルツマン定数,qは電子の電荷量,Tは
絶対温度である。
【0046】この式(20)を式(7)に置き換えてV
OUT の式を求めると、 VOUT =VCC(1−C2・C3)+VBE(C3+C2・C3) +C1・C2・C3・Vt・lnA …(22) となる。
【0047】この式から分かるようにVOUT のVCC依存
をなくすには右辺の第1項より、 C3=1/C2 …(23) であり、これは式(17)と同じである。
【0048】更に温度依存について考察すると、VBEの
温度による変化量vbet は負の温度特性で近似的には1
次関数で表せるとして、 vbet =−D・T …(24) と仮定する。ここでDはTによらない定数である。式
(22)よりVOUT の温度による変化量vouttの式を求
め、式(21)及び式(24)を代入すると、 voutt=−D・T(C3+C2・C3) +C1・C2・C3・(k/q)・lnA …(25) となる。
【0049】voutt=0を解くと、 D・C3(1+C2)=C1・C2・C3・(k/q)・lnA …(26) となる。
【0050】更に式(23)を代入すると、 C1/(C3+1)=D/((k/q)lnA) …(27) となり、これが温度変動の影響を受けないための条件式
となる。
【0051】尚、この図4の回路ではトランジスタB1
はV6が0.8Vになるとオンするようになっている
が、このV6は抵抗R7を介してVCCに接続されている
ため、VCC<0.8VではVCCに等しくなり、VCC>
0.8Vでは、トランジスタB4により約0.8Vに固
定される。従って、トランジスタB1はVCC=V6=
0.8Vでオンするため、式(6)と比較して分かるよ
うにVOUT は電源投入時すなわち低電源電圧時にVCCに
等しくなる。
【0052】図4の回路の特性も図3に示すグラフと同
一となることは明らかである。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の定電圧源
回路によれば、外部基準電圧を入力とする第1電流路
と、分圧機能を有する第2電流路と、反転増幅機能を有
する第3電流路とから構成され、互いに電源電圧及び温
度による依存を打ち消し合うような接続を有するため、
非常に簡単な構成でありながら出力電圧レベルを任意に
設定でき、出力電圧が電源電圧変動及び温度変動による
影響を受けず、更に電源投入時すなわち低電源電圧時
に、出力電圧が電源電圧に等しくなるような特性を得る
ことができるという効果がある。
【0054】また、本発明によれば、トランジスタと抵
抗によって構成される第4電流路を追加することによっ
て、外部からの基準電圧入力を省略することができ、さ
らなる回路構成の簡略化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】図1の回路の各抵抗値の選定例を示す図であ
る。
【図3】本発明の実施例における出力電圧の特性を示す
グラフである。
【図4】本発明の第2の実施例を示す回路図である。
【図5】従来の一例を示す定電圧源回路の回路図であ
る。
【図6】図4の実施例における出力電圧の特性を示すグ
ラフである。
【図7】従来の他の一例を示す定電圧源回路の回路図で
ある。
【符号の説明】
IR1〜IR4 電流路 R1〜R7 抵抗 B1〜B4 トランジスタ VCC 電源電位 GND 接地電位 VREF 基準電圧 VOUT 出力電圧

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の抵抗と、基準電圧がベースに供給
    された第1のトランジスタと、第2の抵抗とがこの順に
    電源電圧と基準電位点との間に直列接続された第1の電
    流路と、 前記第1のトランジスタのコレクタ出力がベースに供給
    された第2のトランジスタと、第3の抵抗と、第4の抵
    抗とがこの順に前記電源電圧と基準電位点との間に直列
    接続された第2の電流路と、 第5の抵抗と、前記第3及び第4の抵抗の接続点の出力
    がベースに供給された第3のトランジスタと、第6の抵
    抗とがこの順に前記電源電圧と基準電位点との間に直列
    接続された第3の電流路と、 前記第3のトランジスタのコレクタから定電圧を導出す
    る出力端子と、 を含むことを特徴とする定電圧源回路。
  2. 【請求項2】 前記基準電圧の発生のための手段とし
    て、前記第1のトランジスタとベースが共通接続されて
    カレントミラー回路を構成する第4のトランジスタを有
    することを特徴とする請求項1記載の定電圧回路。
  3. 【請求項3】 前記第4のトランジスタのエミッタ面積
    は前記第2のトランジスタのそれとは相違するように設
    定されていることを特徴とする請求項2記載の定電圧源
    回路。
  4. 【請求項4】 前記第4の抵抗の抵抗値と前記第3及び
    第4の抵抗の和の抵抗値との比C2と、前記第5の抵抗
    の抵抗値と前記第6の抵抗の抵抗値との比C3との関係
    が、C3=1/C2に選定されていることを特徴とする
    請求項1〜3いずれか記載の定電圧源回路。
  5. 【請求項5】 前記第1の抵抗の抵抗値と前記第2の抵
    抗の抵抗値との比C1と前記比C2との関係が、1/C
    2=C1−1に選定されていることを特徴とする請求項
    5記載の定電圧源回路。
  6. 【請求項6】 前記基準電圧に対する前記出力端子の定
    電圧の比が、C1・C2・C3に設定されていることを
    特徴とする請求項5記載の定電圧源回路。
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