JPS5847723B2 - アンテイカデンゲンカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改良形安定化電源回路に関するものである。

トランジスタのみを使用し、ゼロ温度係数の安定化出力
電圧を供給しうるよう形成したモノリシック集積回路形
安定化電源回路についてはこれまでに開発された既知の
装置がある。

この種安定化電源回路すなわち電圧レギュレークは３端
子装置であり、標準形３端子トランジスタパワーパッケ
ージ内にパッケージすることが可能である。

また、この回路の変形としてエミツク結合論理回路（以
下場合によりＥＣＬ回路と略称する）として使用するに
適した２つの出力電圧を発生させる回路も開発されてい
る。

このようなＥＣＬ回路に必要な２つの出力電圧はそれぞ
れゲートへのバイアス電圧Ｖｂｂおよび回路の電流源用
のバイアス電圧Ｖ。

，として使用される。これら２つの電圧の１つ、すなわ
ち電流源バイアス電圧は通常この種回路とともに使用す
る負電源電圧に関して設定される。

このような変形回路を用いて前記バイアス電圧を供給す
る場合、電流源バイアス電圧は非安定負電源電圧の変化
に伴う変動を生じ易いことが分っており、これは高度の
電圧安定化を必要とするＥＣＬ回路系にとってきわめて
不都合なことである。

さらに、エミツタ結合論理回路（ＥＣＬ回路）とともに
既知の安定化電源回路を使用した場合、これら既知の回
路はＥＣＬ回路それ自体の温度特性に追随するような出
力電圧を供給することができない。

ＥＣＬ回路は温度によりその特性に特定の変化を生ずる
ので、ある種の利用分野では、バイアス電圧を供給する
回路をも温度特性に追随させ、ＥＣＬ回路の動作特性が
広い周囲温度範囲にわたって変らないようにすることが
望ましい。

本発明は改良形安定化電源回路を提供することを目的と
する。

本発明の他の目的は広い温度範囲にわたって電源電圧変
動にほぼ無関係な出力電圧を発生する安定化電源を提供
しようとするにある。

また、本発明は集積回路形状に製造可能とした２つの安
定化電圧を発生させることを目的とする。

さらに、本発明の他の目的は所定の温度係数を有し、か
つ回路に供給される電源電圧の変動にほぼ無関係な少な
くとも１つの出力電圧を供給するような安定化電源回路
を提供しようとするものである。

添付図面において、同一構或素子は同一符号数字を用い
て表示してある。

第１図はＥＣＬデジタル論理回路系用のバイアス駆動回
路として使用されている既知の電圧レギュレータ回路の
回路図を示す。

この種回路に対しては、第１図に■１および■２で示す
ような２つの安定化出力電圧を発生させるようにするこ
ととが必要である。

この場合、電圧■１は太地電位または基準電位に対して
設定され電圧■２は第１図に示す負の直流電源電圧■に
対して設定される。

基準電位および負の電源電圧−■はそれぞれ回路の電圧
入力端子を形成する対の入力端子１０および１１にこれ
らを供給する。

第１図示回路の下男部分は第ｌおよび第２ＮＰＮ形トラ
ンジスタＴ１およびＴ２を含む。

前記トランジスタＴ１およびＴ２は、それぞれ異なる電
流密度で作動し両トランジスタ間に正温度係数のグース
・エミツタ間電圧微小変化部分ＪＶＢＥを生ずるようこ
れらを相互に接続する。

これがため、トランジスタＴ１のコレクタとベースを相
互に接続して、トランジスタＴ，をダイオードとして作
動させ、そのエミツタを−■入力電源端子１１に直接接
続する。

また、前記の異なる電源密度を得るためトランジスタＴ
２のエミツタと端子１１との間に抵抗Ｒ２を接続し、ト
ランジスタＴ２のベースをトランジスタＴ１のコレクタ
に直接接続する。

トランジスタＴ１とトランジスタＴ２のエミツタの面積
が等しい場合は、これらのトランジスタを流れる電流Ｉ
１および２の関係は電流■２の力が電流Ｉ１より小とな
るか、後述する理由により、これら２つの電流は大きさ
が等しく、しかもトランジスタＴ１とＴ２間において正
温度係数のベース・エミツタ電圧微小変化部分ＪＶＢＥ
を保持するようにすることが望ましい。

これがため、トランジスタＴ２の総計エミ・ツタ面積を
トランジスタダイオードＴ１のエミツタ面積より大きく
なるようにしており、これを第１図に双エミツクトラン
ジスタＴ２の形で示してある。

トランジスタＴ１とトランジスタＴ２の正確なエミツタ
面積比は抵抗Ｒ２の抵抗値との関連で■１＝■２の関係
式が成立するようこれを決める必要がある。

トランジスタＴ１およびＴ２はそれぞれ異なる電流密度
で作動するので、抵抗Ｒ２の両端の電圧降下はトランジ
スタＴ１とＴ２のベース・エミツク電圧の差ＪＶＢＥに
比例する。

これらのトランジスタの電流利得は、トランジスタＴ２
のコレクク抵抗Ｒ１の両端の電圧降下もまたＪｖＢＥに
比例するよう高い値に選定する。

かくすれば、電流■２は入力端子１０に結合した負荷抵
抗Ｒ３および第３のＮＰＮ形トランジスタＴ３のコレク
ク・エミツク通路を介して抵杭Ｒ１に供給される。

同様にして、トランジスタダイオードＴ１を流れる電流
■１は対のＮＰＮ形トランジスタＴ４およびＴ５のコレ
クタ・エミツク通路を介して抵抗Ｒ４に供給される。

トランジスタＴ２のコレクタはこれをＮＰＮ形並列レギ
ュレータトランジスタＴ６のベースに接続し、前記トラ
ンジスタＴ６のエミツタを入力端子１１に接続し、さら
にトランジスタＴ６のコレククを負荷抵抗Ｒ５を介して
端子１０に接続する。

トランジスタＴ２のコレクタからトランジスタＴ６のベ
ースに供給される正温度係数の電圧の調整はトランジス
タＴ１とＴ２の電流密度の差を調整して抵抗Ｒ１の両端
に電圧降下を発生させることによりこれを行い、前記電
圧降下がトランジスタＴ６のベース・エミツタ接続間電
圧降下に相加された際、トランジスタＴ６のコレクタに
トランジスタの半導体材料のエネルギーギャップに比例
する電圧が発生するようにしている。

この電圧はゼロ温度係数を有し、２つのエミツタホロワ
トランジスタＴ３およびＴ５のベースに結合される。

トランジスタＴ３およびＴ５のエミッタはそれぞれトラ
ンジスタＴ２およびＴ１に電流■２および■１を供給す
る電流通路内の抵抗Ｒ１およびＲ４に結合する。

また、トランジスタＴ３のコレクタはこれをトランジス
タＴ４のベースに接続する。

かくすれば基準電圧ｖ１は次式で与えられる。

ここで、Φ４はトランジスタＴ４のベース・エミツタ間
電圧、Ｒ３■１はＲ３の両端の電圧である。

電流■１およびＩ２は回路接続の特性により電圧に無関
係であり、したがって電圧■，も電圧に無関係である。

しかしながら、並列レギュレークトランジスタＴ６によ
り生ずる電流■３は入力端子１１に供給される負電圧一
Ｖの変化に伴って顕著に変動する。

また、並列レギュレークトランジスタＴ６ の作動によ
り生ずる電流■３の変動値はかなり太きいため、トラン
ジスタＴ６のエミツク・ベース順力向電圧の６も相当犬
幅に変化する。

この項は第１図示安定化電源回路より導出される出力電
圧■２内にあらわれる。

すなわち、この出力電圧ｖ２は次式で表わされる。

ここでＲ１■２は抵抗Ｒ１の両端の電圧降下、Φ３はト
ランジスタＴ３のエミツク・ベース間電圧、Φ，はトラ
ンジスタＴ５のベース・エミツク間電圧である。

回路の作動条件はトランジスタＴ３およびＴ，を整合さ
せた場合、電流■１と■２が等しく、したがってΦ３が
の５に等しくなるようこれを設定する。

したがって、この場頷２）式は次のように表わされる。

前述の説明から分るように、電圧ｖ１は電源電圧変動に
ほとんど無関係であるが、電圧■２は電源電圧変動に無
関係ではなく、トランジスタＴ６のエミ：ンタ・ベース
順力向電圧Φ６の項が端子１１に供給される負電圧の変
動とともに変化するのと同じ程度に顕著な変動を示す。

電圧■１ および■２の双力を温度変化および電源電圧
変動に関してほとんど無関係にすることができれば、例
えばデバイス内のＥＣＬ論理回路のような論理回路用の
作動電圧を与えるのに上述のようなバイアス駆動回路を
使用するコンピュータ装置における雑音妨害抑圧効果を
向上させることが可能となる。

第１図示回路における上記の欠陥を除去するため、ここ
に第２図および第３図示回路を提案するものである。

まず、第２図示回路について考えることにする。

ただし、第２図示回路の各構戒素子のうち第１図示回路
の構成素子と同じものについては付加的説明を省略する
。

第２図示回路において、電圧■１は第１図示回路の場合
と同様な方法でこれを生成しているが、電圧■２に関し
てはトランジスタダイオードＴ７およびＴ８を含む変形
回路を用いて生成するようにしている。

前記トランジスタダイオードＴ７はトランジスタＴ３と
抵抗坊との間に直列にこれを接続し、第２トランジスタ
ダイオードＴ８は抵抗Ｒ５の下方端子とトランジスタＴ
６のコレクタとの間に直列にこれを接続する。

また、トランジスタダイオードＴ８のベース・コレクタ
接続点をトランジスタＴ３のベースに接続してトランジ
スタＴ３用の電圧駆動を与えるようｌこするほか、トラ
ンジスタＴ５のベースをトランジスタＴ６のコレククに
接続する。

このように、２個のトランジスタダイオードＴ７および
Ｔ８を付加することにより出力電圧■２の関係式は次の
ように変化する。

すなわち、■２＝Φ６＋Ｒ１■２＋Φ７＋Φ３−Φ８−
Φ５・・・（４）ここで、Φ７はトランジスタＴ７のエ
ミツタ・ベース間電圧、Φ８はトランジスタＴ８のベー
ス・エミツタ間電圧である。

トランジスタダイオードＴ７をトランジスタＴ３に整合
させ、これら２つのトランジスタが同じエミツタ・ベー
ス電圧降下を有するようにした場合はΦ３−Φ７となる
。

第１図示回路における出力電圧■２を表わす関係式に関
連して説明したように、電流■１と■２はこれらが等し
くなるよう選定しているのでΦ３−もとなる。

また、トランジスタダイオードＴ８をトランジスタＴ６
と整合させた場合はΦ８＝Φ６となり、さらにトランジ
スタＴ４とＴ，を整合させた場合はΦ４＝Φ，となる。

この場合、■２は次式により表わされる。

すなわち、■２＝Ｒ１■１＋Φ４・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（５）ここで、ざらにＲ，をＲ
３に等しくすれば電圧■２を表わす関係式は■１を表わ
す式と等しく、次式で表わされる。

■２−Ｒ３■１＋Φ４・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（６）かくして、２個のトランジスタダイ
オードＴＩおよびＴ８を付加することにより出力電圧■
２から不所望の電圧従属成分を取除くことができ、かつ
２つの電圧■１および■２を２つの異なる入力端子１０
および１１に関して同じ大きさにすることができる。

これら２つの各出力電圧を表わす関係式から分るように
、１つのトランジスタのベース・エミツク間電圧の項、
すなわちΦ４の項は残すようにすることが望ましい。

それは、これら２つのバイアス電圧を供給すべきＥＣＬ
回路の特性を整合させるためＥＣＬ回路用としてこの項
を必要とするからである。

トランジスタダイオードＴ７は、トランジスタＴ６の影
響を相殺するため回路にトランジスタダイオードＴ８を
付加する場合、抵抗Ｒ４とトランジスタダイオードＴ１
の両端にトランジスタＴ１をターンオンさせるに充分な
電圧降下を発生させるために必要である。

第３図は出力電圧■１および■２の双方に対して制御可
能な温度係数（温度追随レート）を有する本発明安定化
電源回路の他の実施例を示す。

図示回路の構成素子のうち既に説明したものについては
説明を省略する。

第３図示回路の第２図示回路と相異する点は、トランジ
スタダイオードＴ７を取除き、その代りにトランジスタ
Ｔ９を設け、前記トランジスタＴ，のコレクタをトラン
ジスタＴ３のベースとトランジスタダイオードＴ８のコ
レクタの接続点に接続し、そのベースをトランジスタＴ
２のコレククに接続したことである。

また、この場合並列レギュレータトランジスタＴ６のベ
ースはトランジスタＴ２のコレクタに直接接続すること
なく、これをトランジスタＴ，のエミツタの接続点に接
続する。

前記エミツタ接続点と負電源との間には、大きな抵抗値
を有しトランジスタＴ９用の電源不感知電流源として作
動する抵抗曳を接続し、トランジスタＴ９のベースとエ
ミツタとの間には可変抵抗Ｒ７を接続する。

第３図に示すトランジスタダイオードＴ８は、第２図示
回路に関連して説明したのと同じようにして、出力電圧
ｖ２からトランジスタＴ６のベース・エミツタ電圧の影
響を除去するよう作動する。

第３図示回路の場合は、２つの出力電圧■，およびＶ２
（公称出力電圧１．３Ｖ）に対して１℃当りゼロ温度係
数から約−２，７μ■の負温度係数まで変化する温度追
随レートの選択を可能にしている。

このことは、回路を論理回路用のバイアス駆動回路とし
て使用する場合、最大限の融通性を与えることＩこなる
。

このようｌこ、バイアス回路またはレギュレーク回路に
、それを使用する回路の温度特性と同じ正または負の温
度特性を与え、特性の追随により使用温度の影響を最小
限に止めることはきわめて望ましいことである。

これはトラッキングとして知られている。

第３図示回路の作動は以下のとおりである。

すなわち、トランジスタＴ１およびＴ２よりなるトラン
ジスタ回路手段は、抵抗Ｒ２の両端にトランジスタＴ，
およびＴ２の電流密度の相違に起因する正温度係数の微
小電圧を発生しつづける。

前述のように、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３の利得比はこの微小
電圧を回路が必要とする電圧値まで増幅する。

また、トランジスタＴ９の電流は主として抵抗Ｒ６およ
びトランジスタＴ６のエミツク・ベース電圧Φ６により
設定されるので、トランジスタＴ９ノベース・エミツタ
電圧ＶＢＥ は実質的に温度従属形となる。

出力電圧■１および■２を等しくしたい場合は抵抗Ｒ１
とＲ３を等しくする必要があり、■１とｖ２が等しくな
くてもよい場合はこれらの抵抗は異なる値をとることが
できる。

第３図示回路の場合の電圧■１および■２を表わす式は
第１図および第２図に関して前述した式と同じようにし
て形成することができる。

第４図は、第２図および第３図に示すようなトランジス
タダイオードＴ８を付加することなく電源電圧−■の変
動に対する並列レギュレークトランジスタＴ６の感度を
補償しうるよう形威した他の実施例を示す。

第４図示回路において、トランジスタＴ２のコレクタは
第１図の場合と同様に並列レギュレータトランジスタＴ
６のベースに直接これを接続しているが、並列レギュレ
ータトランジスタＴ６のコレクタは抵抗Ｒ５に直接接続
することなく、これをＰＮＰ形トランジスタＴＩＯのベ
ースに接続するほか、抵抗Ｒ８を介してトランジスタＴ
１ｏのエミツタと抵抗Ｒ５の接続点に接続し、さらにト
ランジスタＴ１ｏのコレクタを電圧源端子１１に直接接
続する。

このような回路構成とするときは、並列レギュレーク通
路を流れる余分な電流はＰＮＰ形トランジスタＴ１ｏに
分流され、トランジスタＴ６ を流れる電流は電圧にほ
ぼ無関係となる。

これは本来定電圧のトランジスタＴ’ｉｏのエミツク・
ベース電圧によって抵抗Ｒ８の両端の電圧が設定される
ためである。

第４図示回路の他の部分の作動については第１図示回路
について前述したとおりである。

第４図示回路は第２図および第３図示回路のトランジス
タＴ７またはＴ９のようなダイオード接続を付加するを
要しないので、第２図および第３図示回路の場合よりＶ
ＢＥ電圧降下１つ分だけ低い最小電源電圧で作動させる
ことができ、これは低電圧利用面においてきわめて有利
となる。

第４図示回路のようにトランジスタＴＩＯを配置すると
きは、回路は優れた高周波転移特性←高周波ロールオフ
特性）を示し、回路の発振の傾向を最小にすることがで
きるが、入力端子１０とトランジスタＴ６のコレクタと
の間に抵抗Ｒ５の代りにＰＮＰ形トランジスタ電流源を
接続するようにした場合は、上記のような特性を与える
ことはできない。

第２図および第３図示回路は補償ダイオードを使用して
電源電圧−■の変動に対する回路の不感知性を得ており
、また第４図示回路は電流安定技術を用いて電源電圧−
■の変動に対する回路の不感知性を得ている。

上記いずれの力法による場合も回路の作動結果は同一で
あり、回路より導出される出力電圧が電源電圧−■の変
動の影響を受けないようにしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は既知の安定化電源回路の回路図、第２図、第３
図および第４図は本発明安定化電源回路の実施例の回路
図である。 ｉｏ，１ｉ・・・・・・電圧入力端子、Ｔ１， Ｔ２，
Ｔ３，Ｔ４， Ｔ５・・・・・・ＮＰＮ形トランジス
タ、Ｔ６・・・・・・ＮＰＮ形並列レギュレータトラン
ジスタ、Ｔ７，ＴＴ８・・・・・・トランジスタダイオ
ード、Ｔ９・・・・・・トランジスタ、ＴＩＯ・・・・
・・ＰＮＰ形トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ８・・・・・・抵
抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非安定直流電圧源に接続する第１電圧入力端子１０
   および第２電圧入力端子１１を有する電圧制御回路であ
   り、これら第１および第２電圧入力端子に結合され所定
   の正温度係数を有する電圧を供給する出力端子を具えた
   第１トランジスタ回路千段Ｔ１，Ｔ２と、エミツタ、ベ
   ースおよびコレクタ電極を有し、エミツタを第２電圧入
   力端子１１に結合し、ベースを第１トランジスタ回路手
   段の出力端子（トランジスタＴ２のコレクタ）に結合す
   るよう形成した並列レギュレータトランジスタＴ６とを
   含む安定化電源回路において、第１抵抗手段Ｒ，と、 第１電圧入力端子１０に結合しているコレクタと、前記
   第１トランジスタ回路手段の出力端子（トランジスタＴ
   ２のコレクク）に結合しているエミツタと、ベースとを
   有する第ｌトランジスタＴ３とを有し、前記第１抵抗千
   段Ｒ，を第ｌ電圧入力端子１０と該第１トランジスタＴ
   ３のベースとの間に結合される如く構成し、 ベース、エミツタ、コレクタ電極を有するトランジスタ
   を含みこれら電極が、前記第１トランジスタＴ３のベー
   スと、前記並列レギュレータトランジスタＴ６のコレク
   タと、前記第１抵抗千段Ｒ５とに結合されており、これ
   によって前記第２電圧入力端子１１にあらわれる電圧の
   変動にもとづく並列レギュレータトランジスタＴ６のベ
   ース・エミツタ接続間の電圧の変動を補償する如く構成
   した補償回路Ｔ８，Ｔ１ｏ，Ｒ８と、 ベース、コレクタおよびエミツク電極を有しべ一ス電極
   を該並列レギュレータトランジスタＴ６のコレクタに結
   合し、コレクタを第１電圧入力端子１０に結合し、エミ
   ツタを第２電圧入力端子１１に結合するよう構成した出
   力トランジスタＴ５を含む出力回路とを具え、 前記第１トランジスタ回路手段Ｔ１ｊＴ２は、抵抗Ｒ２
   を含み、かつ２個のトランジスタＴ，，Ｔ２を有する電
   流ミラー回路として構成し、かつこれら２個のトランジ
   スタＴ１，Ｔ２を流れる電流■１と■２とは互に相等し
   くなるようこれを定め、これによって前記第１トランジ
   スタＴ３と前記出力トランジスタＴ，とのベース・エミ
   ツタ電圧ＶＢＥ を相殺し、 さらに前記第１トランジスタ回路手段は抵抗Ｒ１を介し
   て前記第１ドランジスクＴ３に結合し、また前記第１ト
   ランジスタ回路手段ＴｌｊＴ２をターンオンするため第
   １トランジスタＴ３と前記抵抗Ｒ，との回路にダイオー
   ド接続としたトランジスタＴ７またはトランジスタＴ９
   を設け、前記出力トランジスタＴ５のエミツタは前記電
   流ミラー回路として接続した第１トランジスタ回路手段
   中ダイオード接続としたトランジスタＴ１のコレクタに
   接続し、 定電圧回路としての出力はこの出力トランジスクＴ５の
   エミツタより導出する如くした構成を特徴とする安定化
   電源回路。