JPH1115546A - 基準電圧発生回路 - Google Patents
基準電圧発生回路Info
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- JPH1115546A JPH1115546A JP9166331A JP16633197A JPH1115546A JP H1115546 A JPH1115546 A JP H1115546A JP 9166331 A JP9166331 A JP 9166331A JP 16633197 A JP16633197 A JP 16633197A JP H1115546 A JPH1115546 A JP H1115546A
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Abstract
度係数を設定できる基準電圧回路、特に温度係数が零の
温度依存性の少ない基準電圧発生回路を提供する。 【解決手段】 熱起電力に比例する定電流を発生する定
電流回路と、前記定電流を基準電流とするカレントミラ
ー回路と、前記カレントミラー回路の出力電流を電圧に
変換する出力抵抗RL とからなり、前記カレントミラー
回路を構成するトランジスタのうち、前記定電流源に接
続されたコレクタを有するトランジスタQN1のベース
とエミッタを抵抗R3 で接続し、前記出力抵抗RL を流
れる電流I0 に任意の温度係数を持たせた。
Description
路、より詳しくは集積回路において用いられる基準電圧
発生回路に関し、特に広範囲の出力電圧にわたって任意
の温度依存性を持たせることができる基準電圧発生回路
に関するものである。
回路としては、図8に示すようなワイドラー型バンドギ
ャップ基準電圧回路が知られている(P.R.GRAY & R.G.M
EYER,Analysis and Design of Analog Integrated Circ
uits, Chapter 4)。図8に示すように、この基準電圧
回路はトランジスタQ1 ,Q2 と抵抗R1 ,R2 ,R3
からなるワイドラー型カレントミラー回路を含んでお
り、その出力電圧VOUT がトランジスタQ3 のベース−
エミッタ間電圧VBEと二つのトランジスタQ1 ,Q2 の
ベース−エミッタ間電圧の差に比例する電圧とを加算し
た値になるよう、帰還ループによって回路の動作点が決
められている。
タQ3 のベース−エミッタ間電圧と抵抗R2 の電圧降下
分との和になると見なすことができる。ここでR2 での
電圧降下は、Q2 のコレクタ電流がエミッタ電流とほぼ
等しいことから、R3 での電圧降下に(R2 /R3 )を
掛けた値となる。また、このR3 での電圧降下は、Q1
とQ2 のベース−エミッタ間電圧の差に等しい。したが
って、出力電圧VOUT およびその温度係数は、次のよう
に表される。
VT は熱起電力でVT=kT/q(kはボルツマン定
数、Tは絶対温度、qは電子荷)である。
準電圧回路は、数2において∂VBE(Q3)/∂T<
0、∂VT/∂T=k/q>0であるので、R2 ,R3
,Nを適当に選んでやることにより、0を含む任意の
温度係数を実現することができる。しかし、このような
ワイドラー型バンドギャップ基準電圧回路では、VOUT
がQ3 のVBE(約0.8V)とKVT (約0.2〜0.
4V)の和となるため、VOUT のレンジが1.0〜1.
2V程度と狭いことが欠点であった。
307号公報(以下、公知文献1という)には、出力電
圧VOUT が任意の温度係数を有し、かつ上記ワイドラー
型バンドギャップ基準電圧回路よりも低い電圧を出力す
ることができるバイアス回路が開示されている。このバ
イアス回路は、図9に示すように、熱起電力VT に比例
した電流IS を出力するバンドギャップ型定電流源70
と、トランジスタQ1 ,Q2 および抵抗R1 ,R2 から
構成されるカレントミラー回路80、前記電流Isがベー
スに入力されるトランジスタQ3 と、コレクタが前記カ
レントミラー回路80のトランジスタQ2 のコレクタと
接続され、ベースが前記トランジスタQ3 のコレクタに
接続されたトランジスタQ4 と、前記トランジスタQ4
のベース・エミッタ間に接続される抵抗R4 と前記トラ
ンジスタQ4 のエミッタと基準電位間に接続される抵抗
R5 とを備え、出力電圧を前記トランジスタQ3 のコレ
クタ端(VOUT1)あるいは前記トランジスタQ4 のエミ
ッタ端(VOUT2)より得るものである。
れぞれ
ッタ面積比、VF はNPNトランジスタのベース−エミ
ッタ間電圧である。このように公知文献1記載のバイア
ス回路は二つの出力電圧端子を備え、VOUT1がVF 以
下、VOUT2がVF から2VF までの電圧を出力するの
で、一つの端子で連続した電圧を得ることができないと
いう問題が残る。また、両辺を絶対温度Tで偏微分する
と、
温度係数をあわせると、他方の温度係数が∂VF /∂T
だけずれてしまうことを意味している。したがって、こ
の公知文献1記載のバイアス回路には、二つの出力電圧
VOUT1,VOUT2の温度係数をそろえることができないと
いう欠点もあった。
下、公知文献2という)には、任意の温度係数を有し、
広い出力電圧範囲を有する基準電源回路が開示されてい
る。この公知文献2記載の基準電源回路は、図10に示
すように、トランジスタTr5 のベース・コレクタ間およ
びベース・エミッタ間に抵抗R95およびR96がそれぞれ
接続され、前記トランジスタTr5 のコレクタにはトラン
ジスタTr3 のベースが接続され、前記Tr3 のエミッタは
抵抗R94を介して前記トランジスタTr5 のエミッタに接
続され、前記トランジスタTr5 のエミッタは共通端子G
NDにも接続されている。また、前記トランジスタTr5
のコレクタには、カレントミラー回路90を構成するト
ランジスタTr2 のコレクタから低電流が供給される。さ
らに、前記トランジスタTr5 のコレクタにはトランジス
タTr4 のベースが接続され、前記トランジスタTr4 のエ
ミッタは抵抗R97を介して前記トランジスタTr5 のエミ
ッタに接続され、前記トランジスタTr4 のコレクタは抵
抗R93を介してVccに接続されている。
は、抵抗R95、R96およびトランジスタTr5 で構成した
回路(VBE増倍回路)によってトランジスタTr3 ,Tr4
のベース電位を作っていることから、製造プロセスや温
度変動によって生じるTr5 のhFE変動によって出力電圧
Vx が不安定になることである。また、出力電圧VX が
外部電源電圧Vccから抵抗R93の端子間電圧を引いた値
となるため、Vccの変動の影響を受けてしまうという欠
点もある。
下、公知文献3という)には、任意の温度係数と任意の
出力電圧値を容易に設定可能な基準電圧回路が開示され
ている。図11に示すように、この基準電圧回路におい
てトランジスタQ21およびQ22のベース電位は、トラン
ジスタQ23のエミッタ電路に接続された抵抗R21,R22
によって与えられている。また、トランジスタQ21,Q
22のコレクタには、トランジスタQ24,Q25で構成され
るカレントミラー回路による電流源が接続され、さらに
トランジスタQ23のベースも前記トランジスタQ24のコ
レクタに接続されている。一方、前記トランジスタQ22
のエミッタ電路には抵抗R23が接続されている。基準電
圧Vref は、前記トランジスタQ24,Q25とともにカレ
ントミラー回路を構成するトランジスタQ26からなる電
流源に接続された抵抗R24から取り出される。
Q21,Q22の動作電流密度比と、抵抗R21とR22の比を
調整することでその温度係数を任意に設定することがで
きる。更に、抵抗R23とR24の比を調整することにより
任意の基準電圧値を得ることができる。ここで、基準電
圧Vref を決定する部分はトランジスタQ22の逓倍とな
っている。したがって、上記公知文献2記載の基準電源
回路同様、トランジスタQ22のhFE変動によるベース電
流変動を補償することが困難であるという問題があっ
た。
技術においては広いレンジにおいて零を含む任意の温度
係数を得ることが困難であった。また、外部電源電圧V
cc変動の影響を受けるという問題があった。そこで、本
発明は、広いレンジにおいて任意の温度係数を設定でき
る基準電圧回路、特に温度係数が零の温度依存性の少な
い基準電圧発生回路を提供することをその目的とする。
本発明は、また外部電源電圧Vcc変動依存性の少ない基
準電圧発生回路を提供することを目的とする。
めに、本発明にかかる基準電圧発生回路は、熱起電力に
比例する定電流を発生する定電流回路と、前記定電流を
基準電流とするカレントミラー回路と、前記カレントミ
ラー回路の出力電流を電圧に変換する負荷抵抗とからな
り、前記カレントミラー回路が、前記定電流源に接続さ
れたコレクタを有する第1のトランジスタと、前記第1
のトランジスタのエミッタに一端が接続された第1の抵
抗と、前記第1のトランジスタのベースと接続されたベ
ースと、前記負荷抵抗と接続されたコレクタを有する第
2のトランジスタと、前記第2のトランジスタのエミッ
タに一端が接続された第2の抵抗と、前記第1のトラン
ジスタのコレクタに接続されたベースと、前記第1、第
2のトランジスタのベースに接続されたエミッタを有す
る第3のトランジスタと、前記第1のトランジスタのベ
ースとエミッタを接続する第3の抵抗とからなることを
特徴とする。
は、上記負荷抵抗とこの負荷抵抗を流れる電流I0 の積
で得られる。したがって一本の端子から得られる出力基
準電圧は、VCE(sat) 〜Vccまたは0〜VCE(sat) のレ
ンジを有する。ここでVCE(sat) は上記第2のトランジ
スタのコレクタ−エミッタ間飽和電圧である。
(温度係数)を有するが、本発明にかかる基準電圧発生
回路では、上記電流I0 に任意の温度係数を持たせるこ
とによって、任意の温度係数を持った基準電圧を発生さ
せることができる。これを換言するならば、本発明にか
かる基準電圧発生回路においては、上記第1のトランジ
スタのベース−エミッタ間に上記第3の抵抗が接続され
ており、上記電流I0 が、上記定電流回路の出力電流I
ref と上記カレントミラー回路を構成する上記第1,第
2のトランジスタのベース−エミッタ間電圧VBE、およ
び第1,第2,第3の抵抗によって決定されるようにな
っている。ここで、上記定電流回路の出力電流Iref が
熱起電力(kT/q)に比例しその温度係数がk/q>
0であるのに対し、上記カレントミラー回路を構成する
上記第1,第2のトランジスタのベース−エミッタ間電
圧VBEは一般に負の温度係数を有する。したがって、本
発明においては第1,第2および第3の抵抗値を適当に
選ぶことで上記電流I0 の任意の温度係数を実現してい
る。特に、上記負荷抵抗の温度係数を打ち消すように上
記電流I0 の温度係数を設定することにより、温度依存
性の少ない基準電圧発生回路を得ることができる。
路では、従来のワイドラー型バンドギャップ基準電圧回
路よりも広いレンジにおいて、零を含む任意の温度係数
を有する基準電圧を1本の端子から供給することができ
る。なお、上記カレントミラー回路の上記第3のトラン
ジスタは、上記第1,第2のトランジスタのベース電流
補償用のトランジスタである。
て、上記第1、第2、第3のトランジスタとしては、N
PNトランジスタまたはPNPトランジスタのいずれを
用いることができる。請求項2に記載された基準電圧発
生回路は、特に上記第1、第2、第3のトランジスタは
NPNトランジスタであり、上記第1、第2のトランジ
スタのエミッタはそれぞれ上記第1、第2の抵抗を介し
て接地され、上記第2のトランジスタのコレクタは前記
負荷抵抗を介して外部電源に接続され、上記第3のトラ
ンジスタのコレクタは前記外部電源に接続されているこ
とを特徴とする。このような基準電圧発生回路の出力基
準電圧のレンジは、VCE(sat) 〜Vccとなる。ただし、
VCE(sat) は上記第2のPNPトランジスタのコレクタ
−エミッタ間飽和電圧である。
圧発生回路は、上記第1、第2、第3のトランジスタは
PNPトランジスタであり、上記第1、第2のトランジ
スタのエミッタはそれぞれ上記第1、第2の抵抗を介し
て外部電源に接続され、上記第2のトランジスタのコレ
クタは前記負荷抵抗を介して接地され、上記第3のトラ
ンジスタのコレクタは接地されていることを特徴とす
る。このような基準電圧発生回路においては、上記第2
のトランジスタのコレクタに接続された負荷抵抗が接地
されいるので、出力基準電圧は外部電源電圧Vccの影響
を受けない。したがって、本発明にかかる基準電圧発生
回路は、特に外部電源電圧依存性の少ない基準電圧発生
回路を得ることができる。なお、出力基準電圧のレンジ
は0〜VCE(sat) となる。
電力に比例する定電流を発生する定電流回路と、前記定
電流を基準電流とする第1のカレントミラー回路と、前
記第1のカレントミラー回路の出力電流を基準電流とす
る第2のカレントミラー回路と、前記第2のカレントミ
ラー回路の出力電流を電圧に変換する負荷抵抗とからな
る基準電圧発生回路である。換言するならば、上記第1
のカレントミラー回路は、請求項2に記載された基準電
圧発生回路のカレントミラー回路同様、その第1のNP
Nトランジスタのベースとエミッタが第3の抵抗によっ
て接続される一方、上記第1のカレントミラー回路の出
力段に上記第2のカレントミラー回路を上記負荷抵抗の
代わりに接続し、上記第2のカレントミラー回路の出力
電流を負荷抵抗により出力基準電圧として取り出すもの
である。本発明においては、上記第2のカレントミラー
回路を構成する第2のPNPトランジスタのコレクタと
GNDの間に負荷抵抗が接続される。したがって、外部
電源電圧依存性の少ない基準電圧発生回路を得ることが
できる。また、出力基準電圧のレンジは0〜VCE(sat)
である(VCE(sat) は上記第2のPNPトランジスタの
コレクタ−エミッタ間飽和電圧)。
路において、上記第2のカレントミラー回路の上記第1
のPNPトランジスタのコレクタとベースは、直接接続
されていてもよいが、ベース電流補償用トランジスタを
介して接続されていてもよいことは言うまでもない。こ
のようにベース電流補償用トランジスタを介して接続す
ることにより、上記第2のカレントミラー回路を構成す
る第1、第2のPNPトランジスタのhFEが小さい場合
でもベース電流を補償し、誤差を小さくすることができ
る。
て、上記定電流回路は熱起電力に比例する定電流を発生
する定電流回路のすべてを含むものとし、具体的にはバ
ンドギャップ型定電流回路があげられる。請求項5から
請求項8に記載された基準電圧発生回路は、上記定電流
回路が、エミッタが接地され、コレクタとベースが互い
に接続された第4のトランジスタと、ベースが前記第4
のトランジスタのベースと接続され、エミッタが第6の
抵抗を介して接地され、前記第4のトランジスタと異な
るエミッタ面積を有する第5のトランジスタとからなる
ワイドラー定電流回路を含むことを特徴とする。
特に請求項6に記載されたものは、上述した上記定電流
回路が、より具体的に、上記ワイドラー定電流回路と、
コレクタが前記ワイドラー定電流回路を構成する前記第
4のトランジスタのコレクタに接続された第6のトラン
ジスタと、コレクタが前記ワイドラー定電流回路を構成
する前記第5のトランジスタのコレクタに接続され、ベ
ースが前記第6のトランジスタのベースと接続され、前
記コレクタと前記ベースが互いに接続され、前記第6の
トランジスタと等しいエミッタ面積を有する第7のトラ
ンジスタを備えた自己バイアス帰還回路であることを特
徴とする。
生回路は、上記定電流回路が、上記定電流回路を構成す
る上記第4のトランジスタまたは上記第7のトランジス
タのコレクタとベースは、ベース電流補償用トランジス
タを介して接続されていることを特徴とする。特に請求
項8に記載された基準電圧発生回路は、上記定電流回路
が、上記定電流回路を構成する上記第4のトランジスタ
および上記第7のトランジスタのコレクタとベースが、
それぞれ第1、第2のベース電流補償用トランジスタを
介して接続されていることを特徴とする。このようにベ
ース電流補償用トランジスタを設けることにより、上記
定電流回路を構成する各トランジスタのhFEが十分大き
くとれない場合でもこれらのトランジスタのベース電流
を補償することができる。その結果、製造プロセスで生
じるhFEのばらつきに対しても定電流回路の出力電流I
ref の変動を押さえることができ、基準電圧発生回路の
出力基準電圧への影響を押さえることができる。
て図面を参照して詳述する。図1、図2および図3は、
本発明の第1の実施の形態を説明するための図である。
ここで、図1および図2は、本実施の形態にかかる基準
電圧発生回路を示す回路図であり、図3は、本実施の形
態にかかる基準電圧発生回路を用いた作動回路を示す回
路図である。
比例する定電流Iref を発生する。この定電流Iref を
基準とするカレントミラー回路は、前記定電流源10に
接続されたコレクタを有する第1のトランジスタQN1
と、前記QN1のエミッタに一端が接続された第1の抵
抗R1 と、前記QN1のベースと接続されたベースを有
する第2のトランジスタQN2と、前記QN2のエミッ
タに一端が接続された第2の抵抗R2 と、前記QN1の
コレクタに接続されたベースと、前記QN1、QN2の
ベースに接続されたエミッタと、外部電源に接続された
コレクタとを有する第3のトランジスタQN3と、前記
QNのベースとエミッタを接続する第3の抵抗R3 とか
ら構成されている。前記カレントミラー回路の前記QN
2のコレクタに直列に接続された負荷抵抗RL は、前記
QN2のコレクタ電流、すなわち前記カレントミラー回
路の出力電流I0 を電圧に変換している。したがって、
外部電源電圧をVccと表すと、基準電圧発生回路の出力
基準電圧VOUT は、
存性(温度係数)を有する。たとえばポリシリコン抵抗
の温度係数は−2000ppm/℃前後、拡散抵抗にお
いては+2000ppm/℃前後である。本実施の形態
にかかる基準電圧発生回路では、前記I0 が任意の温度
変化(温度係数)を有するように構成し、前記出力基準
電圧Vccが任意の温度係数を有するようにしたものであ
る。これを、定電流回路10として、図2に示すような
ワイドラー型定電流回路を含む基準電圧発生回路(図
2)を例に更に説明すると次のようになる。
ミッタが接地され、コレクタとベースが互いに接続され
た第4のトランジスタQN4と、ベースが前記QN4の
ベースと接続され、エミッタが抵抗R4 を介して接地さ
れ、前記QN4と異なるエミッタ面積(エミッタ面積
比:M)を有する第5のトランジスタQN5とからなる
ワイドラー定電流回路とコレクタが前記QN4のコレク
タに接続された第6のトランジスタQP1と、コレクタ
が前記QN5のコレクタに接続され、ベースが前記QP
1のベースと接続され、前記コレクタと前記ベースが互
いに接続され、前記QP1と等しいエミッタ面積を有す
る第7のトランジスタQP2とからなる定電流回路とか
ら構成されている。このような定電流回路20は自己バ
イアス帰還回路を構成している。
タ面積を持つQP1,QP2からなる定電流回路によっ
てQN4,QN5のコレクタ電流を互いに等しい所定の
値になるように保ち、異なるエミッタ面積を有すること
から異なる電流密度で動作するトランジスタQN4,Q
N5それぞれの接合のポテンシャルの差△VBEを出力電
流Iref に変換するものである。前記△VBEは、トラン
ジスタQN4,QN5のエミッタ面積比を1:Mである
ことから、△VBE=VT ln(M)と表される。その結
果、この定電流回路の出力電流、すなわち基準電圧発生
回路の参照電流Irefは、熱起電力VT に比例し、
前記QP2のベースに接続されてQP2と同じエミッタ
面積を持つトランジスタQP3 のコレクタから取り出さ
れ、QN1とQN2で構成されるカレントミラー回路の
基準電流Iref となる。
ラー回路とからなる基準電圧発生回路の動作は次のよう
なものである。ここでカレントミラー回路の第1,第2
のトランジスタQN1,QN2のアーリー電圧VA はコ
レクタ−エミッタ間電圧VCEよりも十分に大きく、また
電流増幅率hFEは1よりも十分大きいとする。QN1と
QN2のそれぞれのベース電流は無視すると、ベース電
位VB (QN1),VB (QN2)は互いに等しく、次
のように表すことができる。
エミッタ間電圧とする。
は、QN2のエミッタに接続された抵抗R2 を流れる電
流I2 に等しく、次のように表される。
圧VOUT は次のように表される。
10を温度Tで偏微分することにより、
VBE(QN2)/∂T=∂VBE/∂Tとし、一般に∂V
BE/∂T<0(∂VBE/∂T=−2mV/℃)、また∂
VT /∂T>0(∂VT /∂T=k/q=87μV/
℃)であることから数11は次のように表すことができ
る。
R1 /R4 の比によって正負任意に設定することができ
ることを示している。特にR1 〜R4 、およびRL を同
一種類の抵抗にしてこれらの抵抗の温度係数の正負が同
じになるようにして、これらの抵抗値を適当に選ぶこと
によって数12の{}内を零にすることができる。その
結果、温度依存性のない基準電源発生回路を得ることが
できる。さらに負荷抵抗RL の値によって、出力基準電
圧VOUT の電位をVCE(sat) (QN2)から外部電源電
圧Vccまでの範囲で変化させることができる。ただし、
VCE(SAT) (QN2)は、第2のトランジスタQN2の
コレクタ−エミッタ間飽和電圧である。
(QN2)=VBE、R3 =NR2、R2 =Rとすると、
数10、数11、数12はそれぞれ数13、数14、数
15のように表すことができる。
電圧発生回路は、たとえばミキサー回路や差動回路の入
力端子のバイアス回路として使用することができる。た
とえば、図2に示す基準電圧発生回路をバイアス回路と
して用いた作動回路の回路図を図3に示す。基準電圧発
生回路30は、図2に示したように定電流回路20を備
えている。一方、差動増幅器は二つのNPNトランジス
タQ1,Q2から構成されている。ここで差動増幅器の
前記二つのNPNトランジスタQ1,Q2のエミッタに
コレクタが接続されたトランジスタQ3は、そのベース
が基準電圧発生回路のトランジスタQN1,QN2のベ
ースとともにカレントミラー回路を構成し、前記差動増
幅器の定電流源として作用する。このときの差動増幅器
の利得GV は、基準電圧発生回路30の負荷抵抗RL 、
このRL を流れる電流I0 、および熱起電力VT より
のトランジスタQN2とは1:1のエミッタ面積比であ
り、かつQ3のエミッタに直列に接続された抵抗RB
は、QN2のエミッタに直列に接続された抵抗R2 と同
じ値を持つ。
4を参照して説明する。本実施の形態にかかる基準電圧
発生回路は、第1の実施の形態にかかる基準電圧発生回
路の負荷抵抗RL (図1、図2参照)の代わりにPNP
トランジスタQP4およびQP5からなる第2のカレン
トミラー回路40を接続し、NPNトランジスタQN2
のコレクタ電流を1:1で折り返して前記Qp5のコレ
クタ電流として取り出し、前記コレクタとGNDの間に
負荷抵抗Rl を挿入したものである。このとき、上記二
つのPNPトランジスタQP4およびQP5は等しいエ
ミッタ面積を有し(エミッタ面積比1:1)、これらの
トランジスタのエミッタとそれぞれ直列に接続された二
つの抵抗R8 ,R9 は同じ値を有するものとする。な
お、定電流回路20は上記第1の実施の形態にかかる基
準電圧発生回路と同じ構成である。
OUT は
施の形態にかかる基準電圧発生回路においては、前記第
2のカレントミラー回路40を用いることによって外部
電源電圧Vccに依存しない出力基準電圧VOUT を得るこ
とができることがわかる。
準電圧発生回路と同様、R1 /R3 、R1 /R4 の比に
よって基準電圧発生回路の温度係数を正負任意に設定す
ることができることを示している。特にR1 〜R4 、お
よびRL を同一種類の抵抗にしてこれらの抵抗の温度係
数の正負が同じになるようにし、数18の{}内が零と
なるようにこれらの抵抗値を適当に選ぶば、温度依存性
のない基準電源発生回路を得ることができる。さらに負
荷抵抗RL の値によって、出力基準電圧VOUT の電位を
GND(0V)からVcc−VCE(sat) (QP5)までの
範囲で変化させることができる。ただし、VCE(SAT)
(QP5)は、第2のカレントミラー回路のPNPトラ
ンジスタQP5のコレクタ−エミッタ間飽和電圧であ
る。
トミラー回路40のトランジスタQP4は、コレクタと
ベースが直接接続されたダイオード接続となっている。
このようにQP4のコレクタとベースを直接接続しても
よいが、ベース電流補償用トランジスタを介して接続さ
れていてもよいことは言うまでもない。このようにベー
ス電流補償用トランジスタを介して接続することによ
り、前記第2のカレントミラー回路40を構成する第
1、第2のPNPトランジスタQP4、QP5のhFEが
小さい場合でもベース電流を補償し、誤差を小さくする
ことができる。
5を参照して説明する。第3の実施の形態にかかる基準
電圧発生回路は、上述した第2の実施の形態同様、出力
基準電圧VOUT が外部電源電圧Vccに依存しないもので
ある。その構成は、上述した第1の実施の形態と同様
に、熱起電力に比例する定電流を発生する定電流回路4
0と、前記定電流Iref を基準電流とするカレントミラ
ー回路と、前記カレントミラー回路の出力電流を電圧に
変換する負荷抵抗RL とからなる。ただし、前記第1の
実施の形態においてはカレントミラー回路がNPNトラ
ンジスタで構成するのに対し(図1、図2参照)、本実
施の形態においては、図5に示すように、PNPトラン
ジスタで構成される点で相違している。
発生回路においては、前記カレントミラー回路が、PN
PトランジスタQP1,QP2,QP3で構成されてお
り、第1のPNPトランジスタQP1のコレクタは前記
定電流源と直列に接続され、エミッタは第1の抵抗R1
を介して外部電源Vccに接続されている。また、第2の
PNPトランジスタQP2のエミッタは第2の抵抗R2
を介して外部電源Vccに接続され、コレクタは前記負荷
抵抗RL を介して接地されている。そして、これら二つ
のトランジスタQP1とQP2のベースは互いに接続さ
れている。さらに前記QP1のベースとエミッタは第3
の抵抗R3 を介して接続されている。なお、ベースが前
記QP1のコレクタに接続され、エミッタが前記QP
1、QP2のベースに接続された前記第3のPNPトラ
ンジスタQP3は、ベース電流補償用トランジスタであ
る。
ランジスタQN1,QN2と抵抗R4 とで構成されるワ
イドラー定電流回路と、二つのPNPトランジスタQP
4,QP5とからなる定電流回路とから構成される自己
バイアス帰還回路でり、その基本的な動作は第1の実施
の形態で説明した定電流回路20と同様である。ただ
し、QP1,QP2,QP3からなる前記カレントミラ
ー回路に参照電流Iref を供給するNPNトランジスタ
QN3は、ベースが前記ワイドラー定電流回路を構成す
るQN1,QN2のベースに接続されている。そして、
QN3のエミッタ面積をQN2に対して1:1(QN1
に対しては1:M)、R4 =R7 としてQN2とQN3
のコレクタ電流が等しくなるように構成されている。
下のようになる。なお、各トランジスタは、VA >>V
CE、hFE>>1であり、各トランジスタのベース電流は
無視できるものとする。また、QN1とQN2のエミッ
タ面積比は1:Mとする。第1のPNPトランジスタQ
P1と第2のPNPトランジスタQP2のベース電位V
B(QP1) 、VB(QP2)は、
は、
ち前記第1のPNPトランジスタQP1のコレクタ電流
Iref は
基準電圧VOUT は次のようになる。
と同じ形である。また、温度係数は、数18と同様に
発生回路は、抵抗R1 〜R4 を適当に選ぶことによって
その温度係数を任意に設定することができる。また、そ
の出力基準電圧VOUT は外部電源電圧Vcc変動に依存せ
ず、そのレンジは0〜Vcc−VCE(sat) (QP2)とな
る。なお、VCE(sat) (QP2)は、コレクタに負荷抵
抗RL が接続された第2のPNPトランジスタQP2の
コレクタ−エミッタ間飽和電圧である。
基準電圧発生回路について図6を参照して説明する。第
4の実施の形態にかかる基準電圧発生回路は、PNPト
ランジスタQP1、QP2、QP3およびNPNトラン
ジスタQN4、QN5からなる定電流回路60におい
て、前記QN4のコレクタとベースおよび前記QP2の
コレクタとベースを、ベース電流補償用トランジスタを
介して接続したものである。
0は、上述した他の実施の形態のように、QN4、QN
5、抵抗R4からなるワイドラー定電流回路をQN4を
ダイオード接続することによって構成することができ
る。しかし、定電流回路60を構成する上記トランジス
タの電流増幅率hFEが1に比べて十分に大きくないと、
QN4のコレクタからQN4およびQN5のベースに流
れる電流の大きさを無視することができなくなり、誤差
の原因となる。また、QP1、QP2、QP3からなる
定電流回路についても同様に、QP2のコレクタとベー
スを接続してもよいが、これらのトランジスタの電流増
幅率hFEを十分大きくとれない場合はベース電流の影響
を無視することができなくなり、これが出力電流(QP
3のコレクタ電流Iref )の誤差の原因となる。特に低
利得のPNPトランジスタを用いる場合はhFEが十分大
きく取れないのでこの誤差が顕著となる。
生回路では、定電流回路60を構成するNPNトランジ
スタQN4のコレクタとベースを、外部電源に接続され
たコレクタを有する第1のベース電流補償用トランジス
タQN6のベースとエミッタにそれぞれ接続している。
また、PNPトランジスタQP2のコレクタとベース
を、コレクタを接地した第2のベース電流補償用トラン
ジスタQP4のベースとエミッタにそれぞれ接続してい
る。このようにQN4とQP2のコレクタとベースをそ
れぞれ第1、第2のベース電流補償用トランジスタQN
6とQP4で接続することにより、定電流回路60を構
成する各トランジスタのhFEを十分大きくとれない場合
でも、これらのトランジスタのベース電流を補償して定
電流回路60の出力電流(Iref )の誤差を抑えてい
る。その結果、製造プロセスで生じるhFEのばらつきに
対しても定電流回路の出力電流Iref の変動を抑えるこ
とができ、基準電圧発生回路の出力基準電圧VOUT の精
度を高めることができる。
る基準電圧発生回路のシミュレーション結果を示す図で
ある。横軸に温度、縦軸に出力基準電圧をとり、負荷抵
抗RL を1KΩ〜60KΩまでの7種類の負荷抵抗RL
のそれぞれに対して、温度が−50℃、0℃、50℃、
100℃における出力基準電圧VOUT を計算した。な
お、本シミュレーションにおいては、外部電源電圧Vcc
=3Vとし、温度係数が零となるようにエミッタ面積比
M=4、R1 =400Ω、R2 =R3 =3KΩ、R4 =
1KΩとした。これによれば、負荷抵抗RL の値を適当
に選ぶことにより、VCE(sat) (QN2)(約0.5
V)からVcc=3Vまでの広いレンジをにおいて出力基
準電圧VOUT を得ることができる。また、各出力基準電
圧において低い温度依存性を有することがわかる。
構成するトランジスタのうち、第1のトランジスタのベ
ースとエミッタを第3の抵抗で接続することにより、第
2のトランジスタのコレクタに接続された負荷抵抗RL
を流れる電流I0 に任意の温度係数を持たせるようにし
ている。前記負荷抵抗RL は、一般に温度依存性(温度
係数)を有するので、前記電流I0 に任意の温度係数を
持たせることにより、任意の温度係数を有する出力基準
電圧を実現することができる。特に、上記負荷抵抗RL
の温度係数を打ち消すように上記電流I0 の温度係数を
設定することにより、温度依存性の少ない基準電圧発生
回路を得ることができる。また、上記負荷抵抗RL とこ
の負荷抵抗RL を流れる電流I0 の積で得られる出力基
準電圧はVCE(sat) 〜Vccまたは0〜VCE(sat) のレン
ジを有し、これを一本の端子から得ることができる。
回路によれば、上記第1、第2、第3のトランジスタは
PNPトランジスタであり、上記第2のトランジスタの
コレクタは前記負荷抵抗を介して接地されているので、
外部電源電圧Vcc変動依存性の少ない基準電圧を発生す
ることができる。また、請求項4に記載された発明によ
れば、NPNトランジスタで構成された第1のカレント
ミラー回路の出力電流を第2のカレントミラー回路で折
り返し、基準電圧を、上記第2のカレントミラー回路を
構成する第2のPNPトランジスタのコレクタとGND
の間に接続された負荷抵抗RL から取り出すようにして
いるので、外部電源電圧依存性の少ない基準電圧発生回
路を得ることができる。
た発明によれば、ワイドラー定電流回路を含み、バンド
ギャップ定電流回路を構成する自己バイアス帰還回路に
ベース電流補償用トランジスタを設けているので、前記
定電流回路を構成する各トランジスタのhFEが十分大き
くとれない場合や、製造プロセスで生じるhFEのばらつ
きに対しても定電流回路の出力電流Iref の変動を押さ
えることができる。したがって、より精度の高い基準電
圧発生回路を得ることができる。
を説明する図である。
を説明する回路図である。
を応用した差動増幅回路を説明する回路図である。
を説明する回路図である。
を説明する回路図である。
を説明する回路図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
回路を説明する図である。
生回路、40…カレントミラー回路。
Claims (8)
- 【請求項1】 熱起電力に比例する定電流を発生する定
電流回路と、 前記定電流を基準電流とするカレントミラー回路と、 前記カレントミラー回路の出力電流を電圧に変換する負
荷抵抗とからなり、 前記カレントミラー回路は、 前記定電流源に接続されたコレクタを有する第1のトラ
ンジスタと、 前記第1のトランジスタのエミッタに一端が接続された
第1の抵抗と、 前記第1のトランジスタのベースと接続されたベース
と、前記負荷抵抗と接続されたコレクタを有する第2の
トランジスタと、 前記第2のトランジスタのエミッタに一端が接続された
第2の抵抗と、 前記第1のトランジスタのコレクタに接続されたベース
と、前記第1、第2のトランジスタのベースに接続され
たエミッタを有する第3のトランジスタと、 前記第1のトランジスタのベースとエミッタを接続する
第3の抵抗とからなることを特徴とする基準電圧発生回
路。 - 【請求項2】 請求項1に記載された基準電圧発生回路
において、 前記第1、第2、第3のトランジスタはNPNトランジ
スタであり、 前記第1、第2のトランジスタのエミッタはそれぞれ前
記第1、第2の抵抗を介して接地され、 前記第2のトランジスタのコレクタは前記負荷抵抗を介
して外部電源に接続され、 前記第3のトランジスタのコレクタは前記外部電源に接
続されていることを特徴とする基準電圧発生回路。 - 【請求項3】 請求項1に記載された基準電圧発生回路
において、 前記第1、第2、第3のトランジスタはPNPトランジ
スタであり、 前記第1、第2のトランジスタのエミッタはそれぞれ前
記第1、第2の抵抗を介して外部電源に接続され、 前記第2のトランジスタのコレクタは前記負荷抵抗を介
して接地され、 前記第3のトランジスタのコレクタは接地されているこ
とを特徴とする基準電圧発生回路。 - 【請求項4】 熱起電力に比例する定電流を発生する定
電流回路と、 前記定電流を基準電流とする第1のカレントミラー回路
と、 前記第1のカレントミラー回路の出力電流を基準電流と
する第2のカレントミラー回路と、 前記第2のカレントミラー回路の出力電流を電圧に変換
する負荷抵抗とからなり、 前記第1のカレントミラー回路は、 前記定電流源に接続されたコレクタを有する第1のNP
Nトランジスタと、 前記第1のNPNトランジスタのエミッタに一端が接続
され他端が接地された第1の抵抗と、 前記第1のNPNトランジスタのベースと接続されたベ
ースと、前記第2のカレントミラー回路と接続されたコ
レクタを有する第2のトランジスタと、 前記第2のトランジスタのエミッタに一端が接続され他
端が接地された第2の抵抗と、 前記第1のNPNトランジスタのコレクタに接続された
ベースと、前記第1、第2のNPNトランジスタのベー
スに接続されたエミッタを有する第3のNPNトランジ
スタと、 前記第1のNPNトランジスタのベースとエミッタを接
続する第3の抵抗とから構成され、 前記第2のカレントミラー回路は、 前記第2のNPNトランジスタのコレクタに接続された
コレクタと、第4の抵抗を介して外部電源に接続された
エミッタと、前記コレクタに接続されたベースとを有す
る第1のPNPトランジスタと、 前記第1のPNPトランジスタのベースと接続されたベ
ースと、第5の抵抗を介して前記外部電源と接続された
エミッタと、前記負荷抵抗を介して接地されたコレクタ
を有する第2のPNPトランジスタとからなることを特
徴とする基準電圧発生回路。 - 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
された基準電圧発生回路において、 前記定電流回路は、 エミッタが接地され、コレクタとベースが互いに接続さ
れた第4のトランジスタと、 ベースが前記第4のトランジスタのベースと接続され、
エミッタが第6の抵抗を介して接地され、前記第4のト
ランジスタと異なるエミッタ面積を有する第5のトラン
ジスタとからなるワイドラー定電流回路を含むことを特
徴とする基準電圧発生回路。 - 【請求項6】 請求項5に記載した基準電圧発生回路に
おいて、 前記定電流回路は、 前記ワイドラー定電流回路と、 コレクタが前記ワイドラー定電流回路を構成する前記第
4のトランジスタのコレクタに接続された第6のトラン
ジスタと、 コレクタが前記ワイドラー定電流回路を構成する前記第
5のトランジスタのコレクタに接続され、ベースが前記
第6のトランジスタのベースと接続され、前記コレクタ
と前記ベースが互いに接続され、前記第6のトランジス
タと等しいエミッタ面積を有する第7のトランジスタを
備えた自己バイアス帰還回路であることを特徴とする基
準電圧発生回路。 - 【請求項7】 請求項5または請求項6に記載された基
準電圧発生回路において、 前記定電流回路を構成する前記第4のトランジスタまた
は前記第7のトランジスタのコレクタとベースは、ベー
ス電流補償用トランジスタを介して接続されていること
を特徴とする基準電圧発生回路。 - 【請求項8】 請求項5または請求項6に記載された基
準電圧発生回路において、 前記定電流回路を構成する前記第4のトランジスタのコ
レクタとベースは、 外部電源に接続されたコレクタを有する第1のベース電
流補償用トランジスタのベースとエミッタにそれぞれ接
続され、 前記第7のトランジスタのコレクタとベースは、 コレクタが接地された第2のベース電流補償用トランジ
スタのベースとエミッタにそれぞれ接続されていること
を特徴とする基準電圧発生回路。
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