JPS59122208A - レベルシフト回路 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明はレベルシフト回路に係シ、特に温度によるレ
ベルシフト量の変化を小さくしたレベルシフト回路に関
する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、増幅回路、検波回路等の種々の機能回路を集積
化する場合、接続端子数を少なくするため直流直結する
ことが多い。ところが、増幅、検波等の処理が施された
出力信号は直流レベルが高くなシ２．何段かを直結する
と最終出力信号の直流レベルは電源電圧近くにまで上昇
してしまう。

そこで従来、股間にレベルシフト回路を挿入し、前段の
回路の出力信号の直流レベルをシフトして後段の回路に
伝達する方法がとられている。

第１図は従来のレベルシフト回路の一例を示すもので、
入力信号ＶｉをｎＶ、なるレベルシフト量を持つレベル
シフト素子１を介して、電流源２に接続されたトランジ
スタＱと抵抗ＲｚｚＲ２からなる回路に導き、ｍｖＦな
るレベルシフト量ヲ持つレベルシフト素子３を介して出
力信号■。とじて取出すものである。

このレベルシフト回路のレベルシフ）ｉＶｔは式（１）
のように表わされ、また温度によるこのレベルシフト量
の変化率ＴＣ’は式（２）のように表わされる。

これらの式かられかるように、一般にトランジスタのベ
ース・エミッタ間電圧■ＢＥは負の温度係数を持ってい
るので、第１図の回路ではレベルシフト量を大きく、つ
ま、！ｌ）　Ｒ１／Ｒ２を大きくすると、それに比例し
て温度によるレベルシフト量の変化も大きくなるという
欠点がある０〔発明の目的〕 この発明の目的は、レベルシフト量の温度による変化が
小さいレベルシフト回路を提供することにある。

〔発明の概要〕

と（７）発明は、トランジスタのベース・エミッタ間電
圧が持つ負の温度特性を１このトランジスタに組合せた
ダイオードとこのトランジスタとの電流比で大きさを決
定した正の温度特性を持つ温度電圧を利用してキャンセ
ルするようにしたものである。

すなわち、この発明に係るレベルシフト回路は、コレク
タを入力端子に直接またはレベルシフト素子を介して接
続し、エミッタを電流源に接続したトランジスタのコレ
クタ・ペース間に第１の抵炸を接続し、ベース・エミッ
タ間に第２の抵抗を介して上記トランジスタと同数のダ
イオードを接続し、上記トランジスタのエミッタまたは
ベースを直接またはレベルシフト素子を介して出力端子
に接続したことを特徴としている。

〔発明の効果〕

この発明によれば、トランジスタのベース・エミッタ間
電圧の温度特性に起因する温度変化１／ｌｉするレベル
シフト量の変化をほとんどなくすことができる。

〔発明の実施例〕

第２図はこの発明に係るレベルシフト回路の基本構成を
示すものである。入力端子１１にはレベルシフト素子１
２を介してトランジスタＱ１のコレクタが接続され、こ
のトランジスタＱ１のエミッタは電流源１３に接続され
ている。

トランジスタＱ１のコレクターペース間ニハ第１の抵抗
Ｒ１が接続され、またベース・エミッタ間には第２の抵
抗Ｒ２を介してダイオード接続のトランジスタＱ２が接
続されている。そして、トランジスタＱ１のエミッタに
レベルシフト素子１４を介して第１の出力端子１６が接
続され１サラニベースにレベルシフト素子１５を介して
第２の出力端子１７が接続されている。

このように基本的には、第１図の抵抗Ｒ２にダイオード
接続のトランジスタＱ２が直列に接続されている点が従
来と異なっている。ここでし２ルシフト素子１２，１４
，１５は必らずしも必要なものではなく、例えばトラン
ジスタＱｌのコレクタは直接入力端子１１に接続されて
いてもよいし、またトランジスタＱｌのエミッタ。

ベースも直接出力端子１６．１７に接続されていてもよ
い。さらに、出力信号は出力端子１６゜１７０いずれか
ら取出してもよい。

第２図において、入力端子１１から第１の出力端子１６
までのレベルシフト量Ｖｔ１は、レベルシフト素子１２
．１４のレベルシフト量ヲｎＶＦ、　ｍＶＦ、　　）ラ
ンジスタＱｌのベース・エミッタ間電圧をＶ　　トラン
ジスタＱ１のコレンＢＥ１＼ 夕電流を１１、抵抗Ｒ１の電流をＩ２、抵抗Ｒ１の電圧
降下を■８として、次式（３）で表わされる。

ＶＡ　１　””　ＶＩＶｏ　１””　ｍＶＦ＋　ＶＢ　
、ｌ、１　＋ＶＲ＋　ｎｖＦただし、ＶＴは温度電圧、
αはＱｌとＱ２の有効エミツタ面積比である。また、■
６．の温度Ｔによる変化率は次式（４）で表わされる。

ここで、例えばペース電流を無視し、 −とすると ＴＣ１＝Ｏとなるためには、式（６）よりとなる。式（
７）を式（５）に代入して式（８ンよシ（ｍ＋ｎ）は となる。

式（７）よ）ＶＲは Ｉ＋　＋ｌ２＝Ｉｏ　（Ｉｏは電流源１３の電流）より
となる。

式αＣ１αυよシＲ１は 又、式（力、（イ）よシＲ２は となる。

例えば、Ｖｔ１−５ＶでＴ＝３００°Ｋにおける温度係
数を零にするには、 Ｋ＝１０．α＝１とすると 式（９）よシ ｍ＋　ｎ　＝　２．８５ よって弐α埠よシ Ｒ１＝１２．７　ｋΩ 式ａ葎よシ Ｒ２＝３３００ とすればよい。

次に、この発明の↓シ具体的な実施倒産いくつか説明す
る。

第３図に示す実施例は、レベルシフト素子１２をトラン
ジスタＱｌｌのエミッタフォロワと、（ｍ＋ｎ−１）個
のダイオード接続のトランジスタＱ１ｚ（ｔ）〜Ｑ１２
（ｍ＋ｎ１）　　（通常のダイオードでもよい）とで構
成し、出力信号Ｖ。１をトランジスタＱ１のエミッタか
ら第１の出力端子１６に直接取出すようにした例であシ
、（ｍ＋ｎ）がほぼ整数と見なせる場合に有効である◇ 第４図に示す実施例は、第３図のトランジスタＱ１２（
１）　〜Ｑ１２　（ｍ＋ｎ−１）の部分をトランジ７り
Ｑｌｚと抵抗Ｒ１１ｒ　Ｒ１２０回路に置換えた例で、
を満たすようにＲｌｔ　　ｒ　Ｒ１２を決定することに
より　、（ｍ＋ｎ　）を整数以外にも選べるようにした
ものである。

第５図に示す実施例は、レベルシフト素子１２をトラン
ジスタＱ１１のみで構成し、出力信号■。１をトランジ
スタＱ１のエミッタからトランジスタＱ２１と抵抗Ｒ２
１＋　Ｒ２２よシなるレイルシフト素子１４を介して第
１の出力端子１６に取出すようにした例で、 ２１ ＝　ｍ　＋　ｎ−１−−−（１谷 ２２ を満たすようにＲ２１＊　Ｒ２２を決定することによｐ
、（ｍ＋ｎ　　１）を１以下に選べるようにしたもので
ある。

第６図に示す実施例は、レベルシフト素子１２を第４図
と同様に構成し、出力信号Ｖ。２をトランジスタＱ１の
ペースから第２の出力端子１７に直接取出すようにした
例である。すなわち、入力端子１１から第２の出力端子
１７までのレベルシフト量ｖ１２　＝　”ｉ　　”０２
は式（３）のＶＢＸ、を除去したものとなるので、式（
９）、（イ）でｎ　＝　１　＋　１とおくことによシ、 となる。ここで式α枠は式（６）と同じである。例えば
、ＶＬ□＝５　Ｖ　、　Ｔ＝３００°Ｋにおけ２る温度
係数を零にするには、 Ｋ＝１０．α＝１とすると ｔ　＋　ｎ　＝　３．８５ Ｒ１＝　１２−７　ｋΩ。

Ｒ２＝３３００ これは例えば、第６図のような構成で実現できることに
なる。

第７図に示す実施例は、第４図の実施例におけるトラン
ジスタＱ１　、Ｑｚのエミツタ面積比αを１以外にし、
かつ出力信号Ｖ。、をトランジスタＱ１のエミッタから
トランジスタＱ３１と電流源３１によるエミッタフォロ
ワからなるレベルシフト素子１４を介して第１の出力端
子１６に取出すようにした例である。

Ｒ８図に示す実施例は、第６図の実施例におけるトラン
ジスタＱ１のペースと第２の出力端子１７との間に、ト
ランジスタＱ３２と電流源１９によるエミッタフォロワ
からなるレベルシフト素子１６を挿入した例である。

第９図はこの発明の他の基本構成を示すもので、トラン
ジスタＱ１のペース・エミッタ間に第２の抵抗Ｒ２とト
ランジスタＱ２の直列回路と並列に第３の抵抗Ｒ３を接
続している。この場合、（３）　）　（４）式は となる。

ここでＴＣｌ−０となるには 式（９）　、　（２４）より １＋に、Ｒａ 式（２２）　、　（２５）よシ １　＋Ｋ　　　Ｒａ 式（２３）　、　（２５）よシ となる。

例えば Ｖｔ、＝５　Ｖ　、　Ｔ＝３００°Ｋにおける温度係数
ＩＯ”２　ｍＡ　ｙ　Ｋ　”　１０　ｔα＝１とすると
ｕ　＝　１．３．Ｖとなるので 式３ 式（２８）　、　（２９）　、　（３０）を第１０図に
プロットする。第１０図から適尚な値を求めればよい。

例えばＲ３＝１０　ｋＱのとき ｍ＋ｎ　＝　０．７６ Ｒ１＝　２０．９　ｋＱ Ｒ２＝５４５０ となる。

ここで（ｍ＋ｎ）が１以上の整数であれば第３図の回路
に抵抗Ｒ３を追加することで実現できる。勿論、第４図
〜第８図の回路に抵抗Ｒ３を追加してもよい。

なお、第６図の回路に抵抗Ｒ３を追加した場合は、ｍ　
＝　１　＋　１とおけば良いから式（２５）　、　（２
６）。

％式％） （） （３３） となる。なお式（３２）は式Ｃ２６）と、式（３３）は
式（２５）と同じである。

例えば、Ｖｔ２＝５Ｖ　＃　Ｔ＝３００°Ｋにおける温
度係数を零にするには に＝１０　、α＝１とするとｕ＝１．３となるので 厄、３ 式（３４）　、（３５）　、　（３６）の値を第１１図
にプロットする。第１１図から適当な値を求めればよい
。

例えばＲｓ＝１５ｋＱとすると ｔ＋ｎ　＝　０．７ Ｒ１＝　　１７．３　　ｋＱ Ｒ２＝４４９Ω となる。

これは例えば第１２図のような回路においてとなる。抵
抗Ｒ２１ｙ　Ｒ２２を求めることによって実現できる。

以上のように、この発明によるレベルシフト回路はレベ
ルシフト量の温度による変化が小さく、かつ集積回路に
適している。

第１３図のＢは第４図の実施例の回路におけるレベルシ
フト量の温度変化による変化を、ｖｏｌの変化として示
したもので、トランジスタＱ２がない場合に比べて著し
くその変化が小さくなっておシ、この発明の有効性が明
らかである。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、例えばＮＰＮ型トランジスタだけでなく、ＰＮＰ型ト
ランジスタ、又はＮＰＮ型トランジスタとＰＮＰ型トラ
ンジスタが混在する回路等種々の変形が可能である。ま
た、トランジ艮りＱｌとして第１４図、第１５図に示す
ように２個あるいはそれ以上のトランジスタノα？’ｏ
Ｈ７ｔＱｔａｚ２をダーリントン接続したものを用いて
もよい。その場合、トランジスタＱ２も同数のダイオー
ド接続したトランジスタ（またはグイオ−ド）　Ｑ２０
１　＋　Ｑ２０２を用いることになるが、特に第１５図
に示すようにトランジスタＱ２０１　ｒ　Ｑ２０２　ヲ
ダイオード接続かつダーリントン接続とすることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレベルシフト回路の構成を示す図、第２
図はこの発明に係るレベルシフト回路の基本構成を示す
図、第３図〜第８図は第２図に係る各種の具体的実施例
を示す回路図、第９図はこの発明に係るレベルシフト回
路の他の基本構成を示す図、第１０図〜第１１図は第９
図に係る実施例における各定数の設定方法を説明するだ
めの図、第１２図は第９図に係る具体的実施例を示す回
路図、第１３図はこの発明に係るレベルシフト回路の温
度特性を示す図、第１４図および第１５図はこの発明に
変るレベルシフト回路の要部の変形例を示す図である。 １１・・・入力端子、１２，１４，１５・・・レベルシ
フト素子、１３・・・電流源、１６．１７・・・出力端
子、Ｑｌ・・・トランジスタ、Ｑｌ・・・ダイオード接
続のトランジスタ、Ｒ１−Ｒ３・・・第１〜第３の抵抗
。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦ＣＣ 第３図　　　　　　第４図 第５図　　　　　　第６図 第７図　　　　　　第８図 第９図 ５Ｋ　　　　　　　　　　　　　　ＩＯＫ　　　　　　
　　　　　　　５ＫＲ３（ｆｌ） 第１２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　コレクタを入力端子に直接またはレベルシフ
   ト素子を介して接続し、エミッタを電流源に接続したト
   ランジスタのコレクタ・ベース間に第１の抵抗を接続し
   、ベース・エミッタ間に第２の抵抗を介して上記トラン
   ジスタと同数のダイオードを接続し、上記トランジスタ
   のエミッタまたはベースを直接またはレベルシフト素子
   を介して出力端子に接続したことを特徴とするレベルシ
   フト回路。
2. （２）前記ダイオードとしてダイオード接続のトランジ
   スタを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のレベルシフト回路。
3. （３）前記トランジスタとしてダーリントン接ジスタを
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレ
   ベルシフト回路。
4. （４）前記トランジスタのベース°エミッタ間に、第２
   の抵抗およびダイオードの直列回路と並列に第３の抵抗
   を接続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のレベルシフト回路。