JPS59103118A - 定電圧装置 - Google Patents

定電圧装置

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JPS59103118A
JPS59103118A JP57212912A JP21291282A JPS59103118A JP S59103118 A JPS59103118 A JP S59103118A JP 57212912 A JP57212912 A JP 57212912A JP 21291282 A JP21291282 A JP 21291282A JP S59103118 A JPS59103118 A JP S59103118A
Authority
JP
Japan
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transistor
voltage
emitter
collector
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP57212912A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Mizuguchi
博 水口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/575Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices characterised by the feedback circuit

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、あらゆるアナログモノリシックICに使用す
ることのできる定電圧装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点 従来、比較的低い出力電圧(5V以下)を発生し、しか
も出力電流容量の大きい定電圧装置として第1図に示す
ような装置が提案され、一部で実用化されている。同図
において、1は非安定化直流電圧が供給されるプラス側
給電端子であり、2がプラス側出力端子で、マイナス側
給電端子とマイナス側出力端子は共通になっている。
また、プラス側出力線路すとマイナス側出力線路Cの間
には分圧抵抗3,4が接続され、その分圧点にはトラン
ジスタ6と、その10倍のエミッタ面積を有するトラン
ジスタ6のベースが接続され、前記トランジスタ6のエ
ミッタとマイナス側給電線路Cの間には抵抗7,8の直
列回路が接続され、前記抵抗7と前記抵抗8の接続点に
は前記トランジスタ6のエミッタが接続されている。
また、前記トランジスタ5,6のコレクタはそれぞれ同
じ抵抗値を有する抵抗9,1oを介してグラス側出力線
路すに接続され、前記(・ランジスタロ、6のコレクタ
には、それぞれコンパレータ100の非反転入力端子1
00a、反転入力端子100bが接続され、前記コンパ
レータ100の出力端子100Cは制御トランジスタ1
1のベースに接続され、前記制御トランジスタ11のコ
レクタはプラス側給電線路aVc接続され、同エミッタ
はプラス側出力線路すに接続されるとともに同ベースと
コレクタ間には定電流源200が接続されている。
第1図の装置ではコンパレータ100の出力に基づいて
制御トランジスタ11が出力線路間の電圧を制御し、最
終的には、抵抗40両端が)くンドギャップ電圧(約1
.2V)に等しくなるような出力電圧が発生される。
すなわち、抵抗7,8の抵抗値をそれぞれR71R8、
トランジスタ5,6のコレクタ電流をそれぞれI5,1
6、抵抗4の両端の電圧をVoとし、前記トランジスタ
6.60ベース・エミッタ間順方向電圧をそれぞれvB
5+”R6とし、抵抗9゜10の抵抗値は等しく、各ト
ランジスタの直流電流増幅率とコンパレータ100の入
力抵抗は十分に大きいものとすると、次式が得られる。
Vo=(I6+I、)−R8+VB5−−−−・・−・
−(1)■。、R7:■B5−■B6      ・・
・・・・・・・(2)コンパレータ10oとトランジス
タ11iCよって前記コンパレータ100の入力端子間
の電圧が零になるように制御されるから、 I5−■。          ・・・・・・・・・ 
(3)前記(1)〜(3)式を整理すると 一方、半導体の接合部の温度をT(’K)とし、トラン
ジスタ6はトランジスタ5のエミッタ面積AeのN倍の
エミッタ面積を有しているものとすると、vB61 v
B6はそれぞれ次式で表わされる。
ただし、kはボルツマン定数、qは電子の電荷で、それ
ぞれ、 k = 1.38 x 10    )oule/ ’
Kq = 1.602 x 10 ”  coulcm
bである。また、IOは接合部の単位面積あたりの逆方
向飽オ日電流で、半導体の製造プロセスによって定まる
定数をγとすると、 Io = r ・T3exp (−)  ・−−・17
)となる。(4)〜(6)式を整理すると、(8)式の
右辺第1項はトランジスタ5のベース・エミッタ間順方
向電圧であるから、はぼ、−2mV/℃(−3000p
pm程度)の温度係数を有しているので、抵抗R7,R
8,Nを適当に設定して(8)式の右辺第2項の温度係
数を+2mV/℃にすることKよって、抵抗4の両端の
電圧は温度変化に対してきわめて安定となる。
具体的にはNの値を10としてR8/R7の値をほぼ5
にすることによって、出力電圧の温度係数は零となる。
ところで、第1図に示した定電圧装置は(8)式からも
明らかなように抵抗4の両端の電圧がトランジスタのベ
ース・エミッタ間順方向電圧のほぼ2倍の電圧(約1・
2V)であるとき、つまり、エネルギーバンドギャップ
電圧に等しくなったときに零温度係数となるが、このこ
とは第1図の装置が1・2■以下の電源電圧や出力電圧
のものとでは調定な特性を示さないことを怠味する。
また、第1図の主要ブロック300け回路構成は簡単で
あるが、トランジスタ5010倍のエミッタ面積を仔す
るトランジスタ6を必要とし、前記トランジスタ6と前
記トランジスタ6のマツチングも重要であることから、
この回路をモノリシックIC化する際にはレイアウト上
の問題が多かった0 発明の目的 本発明は、より低い電源電圧や出力電圧に1で使用でき
、しかもICのレイアウトが容易な定電圧装置を実現す
ることを目的とする。
発明の構成 本発明の定電圧装置は、ベースとコレクタ間およびベー
スとエミッタ間にそれぞれ第1.第2の抵抗が接続され
た第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタに電
流を供給する第1の電流供給手段と、前記第1のトラン
ジスタのコレクタ電位がベースに供給され、エミッタが
第3の抵抗を介して前記第1のトランジスタのエミッタ
に接続された第2のトランジスタと、前記第2のトラン
ジスタに電流を供給する第2の電流供給手段と、前記第
2のトランジスタのエミッタ電流もしくはコレクタ電流
によって抵抗の両端に生じる基準電圧と出力線路の電圧
を比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力に
基づいて出力線路間の電圧を制御する制御トランジスタ
を備えたことを特徴とするもので、これによって低電圧
のもとて使用でき、またレイアウト設計の容易な装置を
実現しうるものである。
実施例の説明 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
第2図は本発明の一実施例に係る定電圧装置の回路図で
あり、第1図と同一部分については同一符号を付してい
る。
謁2図において、トランジスタ12のコレクタ・ベース
間、ベース・エミッタ間にそれぞれの抵抗13.14が
接続され、前記トランジスタ12のエミッタはマイナス
側出力線路Cに接続され、同コレクタは抵抗16を介し
てプラス側出力線路すに1妾絖されているとともに、1
司コレクタにはトランジスタ16のベースが接続され、
前記トランジスタ16のエミッタは抵抗17を介してマ
イナス側出力線路Cに接続され、同コレクタは直接プラ
ス側出力線路J)K接続されている。
また、前記トランジスタ16のエミッタにはコンパレ〜
り100の非反転入力端子100 aが接続され、前記
コンパレータ100の反転入力端子100bは抵抗3と
抵抗4の接続点(分圧点)に接続され、同出力端子10
0 cはトランジスタ11のベースに接続され、前記ト
ランジスタ11のエミッタはプラス側出力線路すに接続
され、同コレクタはプラス側給電線路aに接続されてい
る。
一方、tf’Haトランジスタ12のコレクタにはトラ
ンジスタ18のベースが接続され、前記トランジスタ1
8のエミッタは抵抗19を介してマイナス側出力線路C
に接続され、同コレクタはトランジスタ20のベースお
よびコレクタ、さらKはトランジスタ21のベースに接
続され、前記トランジスタ20.21のエミッタはとも
にプラス側給電線路aに接続され、前記トランジスタ2
1のコレクタは前記トランジスタ11のベースに接続さ
れている。
なお、前記トランジスタ1B、20.21および抵抗1
9によって定電流源200か構成されている。
さて、第2図に示された回路について、その動作を説明
すると、コンパレータ100とトランジスタ11は第1
図の装置と同様に前記コンパレータ100の入力端子間
の電圧が零になるように動作し、最終的に抵抗4の両端
の電圧■0と抵抗17の両端の電圧が等しくなるように
働く。
第2図において、抵抗13,14,15.17の抵抗値
をそれぞれR3、R4,R5、R7とし、トランジスタ
12.16のコレクタ電流をそれぞれI、、I。、ベー
ス・エミッタ間順方向電圧をそれぞれ■B2.vB6 
とすると、 ただし、Nはトランジスタ12に対するトランジスタ1
6のエミッタ面積の倍率である。
また、Vo=I。・R7であるから、 さらに、抵抗3,4の抵抗値をそれぞれRA。
とすると、 (9)〜(12)式を整理すると、 (1o) 、 (14)式を整理すると、(15) 、
 (16)式は超越方程式を形成しているので、これを
解くには計算機を用いて■0および工、をステップ的に
変化させてバランス点を求める必要がある。
ここでは、定性的にその動作を説明するために(16)
式を次のように近似する。
(17)式を(15)式に代入すると、(18)式にお
いて右辺第1項の■B2 の項はほぼ−2mV / ℃
の温度係数を有しているので、R6゜R7,Nの値を適
当に設定することにより、■の温度係数を零にすること
ができる。
また、第1図の回路と違って、例えばR3をR4の10
分の1にすることもできるから、■oそのものもかなり
小さくすることが可能になり、その場合、(18)酸第
2項の対数項も小さくてすむので、Nの値は2または3
で期待する特性が得られる。
したがって第2図の主要ブロック300のトランジスタ
16のトランジスタサイズをトランジスタ12に比べて
大幅に大きくする必要はなくなり、ICチップ上の占有
面積も小さくなるし、トランジスタ12とトランジスタ
16のマツチングをとるためのレイアウト設計もかなり
簡単になる。
なお、本発明の効果を大ざっばな近似を用いて説明した
が、出力電圧α■0 の小さい場合には(17)式は成
立せず、この近似は妥当ではないし、その他の場合にお
いても実際には(15)式および(16)式から各抵抗
の抵抗値を求める必要がある。
ところで、本発明の実施態様は(15)式あるいは(1
8)式に示された考え方、すなわち、零温度係数となる
出力電圧をR3とR4の比率によって自由に変え得る点
を基本として種々に展開することが可能である。
例えば第す図に示すようにトランジスタ16のコレクタ
側に抵抗22を挿入し、前記抵抗22の両端の電圧(抵
抗17の両端の電圧に依存した電圧が現われる。)と抵
抗3の両端の電圧をコンノくレータ100によって比較
することもできるし、制御トランジスタにf′NPトラ
ンジスタ23を用いて定電流源200を省くこともでき
る。(なお、図には示されていないが、第2図、第3図
に示された装置はいずれも自己起動しないので別途起動
回路が必要であり、第1図に示した装置においても定電
流源200の基準をブロック300から得る場合には起
動回路が必要である。) また、第4図に示すようにトランジスタ16のコレクタ
電流をトランジスタ24 、25 、26 。
27、抵抗28,29.30によって構成されたカレン
トミラー回路に供給し、前記トランジスタ26のコレク
タ電流をトランジスタ12および抵抗13.14に供給
するとともに前記トランジスタ27のコレクタ電流を抵
抗31に供給して、その両端に基準の電圧を発生させる
こともできる。
発明の効果 以上の説明から明らかになるように、本発明のとエミッ
タ間にそれぞれ第1の抵抗(前記13に相当)、第2の
抵抗(14に相当)が接続された第1のトランジスタ第
1のトランジスタ(12に相当)と、前記第1のトラン
ジスタに電流を供給する第1の電流供給手段(抵抗15
あるいは抵抗29とトランジスタ26に相当)と前記第
1のトランジスタのコレクタ電位がベースに供給され、
エミッタが第3の抵抗(17に相当)を介して前記第1
のトランジスタのエミッタ接続された第2のトランジス
タ(16に相当)と、前記第2のトランジスタに電流を
供給する第2の電流供給手段(第2図においてはプラス
側出力線路すからトランジスタ16のコレクタに至る配
線が第2の電流供給手段であり、第3図においては抵抗
16に相当)と、前記第2のトランジスタのエミッタ電
流もしくはコレクタ電流によって第3の抵抗(第3図に
おいては抵抗22、第4図においては抵抗31に相当)
の両端に生じる基準電圧と出力線路の電圧を比較するコ
ンパレータ(100に相当)と、前記コンパレータの出
力に基づいて出力線路間の電圧を制御する制御トランジ
スタを備えているので、より低い電源電圧や出力電圧の
もとで満足すべき特性が得られるだけでなく、第1のト
ランジスタと第2のトランジスタのトランジスタサイズ
を極端に異ならせる必要がなく、ICのレイアウトがき
わめて容易であるという効果を呈する。
また、第2図に示した実施例においては、コンパレータ
100の一方の入力端子を第2のトランジスタ16のエ
ミッタ側に接続し、他方の入力端子を出力線路間の抵抗
分圧点に接続しており、第3図に示した実施例において
は、一方の出力線路と第2のトランジスタ16のコレク
タの間に接続された第4の抵抗22によって第2の電流
供給手段を構成し、コンパレータ100の一方の入力端
子を前記第2のトランジスタのコレクタ側に接続し、他
方の入力端子を出力線路間の抵抗分圧点に接続している
ので、いずれも、その構成がきわめて簡単になるなど大
なる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す回路図、第2図、第3図および第
4図はいずれも本発明の各実施例を示す回路図である。 2・・・・・・出力端子、12・・・・・・トランジス
タ、16・・・・・・トランジスタ、1oO・・・・・
・コンパレータ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ベースとコレクタ間およびベースとエミッタ間に
    それぞれ第1.第2の抵抗が接続された第1のトランジ
    スタと、前記第1のトランジスタに電流を供給する第1
    の電流供給手段と、前記第1のトランジスタのコレクタ
    電位がベースに供給され、エミッタが第3の抵抗を介し
    て前記第1のトランジスタのエミッタに接続された第2
    のトランジスタと、前記第2のトランジスタに電流を供
    給する第2の電流供給手段と、前記第2のトランジスタ
    のエミッタ電流もしくはコレクタ電流によって抵抗の両
    端に生じる基準電圧と出力線路の電圧を比較するコンパ
    レータと、前記コンパレータの出力に基づいて出力線路
    間の電圧を制御する制御トランジスタを備えてなる定電
    圧装置。
  2. (2)  コンパレータの一方の入力端子を第2のトラ
    ンジスタのエミッタ側に接続し、他方の入力端子を出力
    線路間の抵抗分圧点に接続したことを特徴とする特許請
    求の範囲第(1)項記載の定電圧装置。
  3. (3)一方の出力線路と第2のトランジスタのコレクタ
    の間に接続された第4の抵抗によって第2の電流供給手
    段を構成し、コンパレータの一方の入力端子を前記第2
    のトランジスタのコレクタ側に接続し、他方の入力端子
    を出力線路間の抵抗分圧点に接続したことを特徴とする
    特許請求の範囲第一(1)項記載の定電圧装置。
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