JPH11122049A - 定電圧回路の出力電圧調整方法 - Google Patents

定電圧回路の出力電圧調整方法

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JPH11122049A
JPH11122049A JP9284037A JP28403797A JPH11122049A JP H11122049 A JPH11122049 A JP H11122049A JP 9284037 A JP9284037 A JP 9284037A JP 28403797 A JP28403797 A JP 28403797A JP H11122049 A JPH11122049 A JP H11122049A
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Yuji Yamanaka
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度係数を0にした定電圧回路の出力電圧調
整方法に関し、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の出力電圧調整方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 PN接合に電流が供給され、定電圧を発
生するPN接合素子Q1と、PN接合素子Q1と出力定
電圧Vz との間に直列に接続され、PN接合素子に供給
される電流に応じた電圧を発生する抵抗回路R1〜R3
と、抵抗回路R1〜R3に発生される電圧に応じて出力
定電圧からPN接合素子に供給される電流を制御する差
動増幅回路Q2、Q3とを有する定電圧回路の出力電圧
を制御する定電圧回路において、差動増幅回路を構成す
るカレントミラー回路Q4、Q5のベース抵抗R6を制
御することにより出力定電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は定電圧回路の出力電
圧調整方法に係り、特に、温度係数を0に設定した定電
圧回路の出力電圧調整方法に関する。
【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〜R
3、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、(∂V
BE/∂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(Q
1)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1.2
41〔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=−0.001
8、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、R
5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の出力電圧調整方法を提供するこ
とを目的とする。
【0039】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1は、P
N接合に電流が供給され、定電圧を発生するPN接合素
子と、該PN接合素子と出力定電圧との間に直列に接続
され、該PN接合素子に供給される電流に応じた電圧を
発生する抵抗回路と、該抵抗回路に発生される電圧に応
じて前記出力定電圧から前記PN接合素子に供給される
電流を制御する差動増幅回路とを有する定電圧回路の出
力電圧を制御する定電圧回路の出力電圧調整方法におい
て、前記差動増幅回路の駆動電流を制御することにより
出力電圧を制御することを特徴とする。
【0040】請求項1によれば、差動増幅回路の駆動電
流を制御することにより、出力電圧を制御することによ
り、出力電圧を設定しているPN接合素子で発生される
電圧を調整する必要がないので、調整を行う際に、小さ
な抵抗で調整が可能となる。請求項2は、前記差動増幅
回路が前記抵抗回路の電圧を差動入力する入力トランジ
スタに電流を供給するカレントミラー回路とを有し、前
記カレントミラー回路のベース抵抗を制御することによ
り前記出力電圧を制御することを特徴とする。
【0041】請求項2によれば、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制御することによ
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3
0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(Q
4)、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、Q
5、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1
0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=−1.8m
V/℃、トランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧V
BE(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、
8.1K〔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1/120程度の抵抗値で、図3に示す定電圧回路1
0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Q
11、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Q1
3、Q14となり、出力定電圧側に接続され、定電流源1
2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、本発明の請求項1によれ
ば、差動増幅回路の駆動電流を制御することにより、出
力電圧を制御することにより、出力電圧を設定している
PN接合素子で発生される電圧を調整する必要がないの
で、調整を行う際に、小さな抵抗で調整が可能となり、
IC化した際に小型化可能となる等の特長を有する。
【0071】請求項2によれば、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制御することによ
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、IC化した際に小型化可能となる等の特長を有
する。
【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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PN接合に電流が供給され、定電圧を発
    生するPN接合素子と、該PN接合素子と出力定電圧と
    の間に直列に接続され、該PN接合素子に供給される電
    流に応じた電圧を発生する抵抗回路と、該抵抗回路に発
    生される電圧に応じて前記出力定電圧から前記PN接合
    素子に供給される電流を制御する差動増幅回路とを有す
    る定電圧回路の出力電圧を制御する定電圧回路の出力電
    圧調整方法において、 前記差動増幅回路の駆動電流を制御することにより出力
    電圧を制御することを特徴とする定電圧回路の出力電圧
    調整方法。
  2. 【請求項2】 前記差動増幅回路は、定電流源と、入力
    トランジスタと、カレントミラー回路とを有し、 前記カレントミラー回路のベース抵抗を制御することに
    より前記出力電圧を制御することを特徴とする請求項1
    記載の定電圧回路の出力電圧調整方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006059315A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Asahi Kasei Microsystems Kk バンドギャップ回路
JP2007304860A (ja) * 2006-05-11 2007-11-22 Nec Electronics Corp 電流補償回路

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