JPS5931081B2 - 基準電圧源回路 - Google Patents

基準電圧源回路

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JPS5931081B2
JPS5931081B2 JP9384176A JP9384176A JPS5931081B2 JP S5931081 B2 JPS5931081 B2 JP S5931081B2 JP 9384176 A JP9384176 A JP 9384176A JP 9384176 A JP9384176 A JP 9384176A JP S5931081 B2 JPS5931081 B2 JP S5931081B2
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JP
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resistor
resistors
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transistors
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「きゆう」一 晴山
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度変化に対して安定な出力電圧を発生する集
積化基準電圧源回路に関するものである。
今日、ディジタル、アナログ変換器等に温度依存性の小
さな安定な基準電圧源が要求されている。この様な基準
電圧源を得るために従来はツェナーダイオードの正の温
度特性とトランジスタの順方向電圧の負の温度係数を補
償する方法が取られた。この方法はツェナーダイオード
の製造上のバラツキが大きく温度ドリフト値を±50P
PM/℃以下となる様制御する事が非常に難しい事及び
ツェナーダイオードの長期ドリフトが大きい事及び雑音
特性が悪いという欠点を持つていた。又、別の手段とし
てシリコンエネルギーバンドギャップ基準電圧源がある
。従来はこの基準電圧源回路をモノリシック集積化する
際にはモノリシック拡散抵抗器の製造上のバラツキ及び
トランジスタのベース・エミッタ接合電圧のバラツキが
有り、このためシリコンバンドギャップ電圧発生回路の
出力電圧がバラツキ、よつて温度係数も比較的バラツキ
が大きく±50PPM/℃以下に制御する事は困難であ
つた。このため抵抗器として薄膜抵抗を用い、この抵抗
値をレーザートリミング等の方法により精密に調整して
出力電圧を調整し温度係数を小さくしていた。かかる方
法は製造コストを著しく増加させるものであつて得策と
はいえない。本発明の目的はモノリシック集積回路に適
した基準電圧源を提供するものである。本発明の他の目
的はモノリシック拡散抵抗のバラツキを保償し、温度ド
リフトの小さい基準電圧源を提供するものである。
本発明の更に他の目的は、D−A(ディジタル−アナロ
グ)変換器に適した基準電圧源を提供するものである。
本発明の基準電圧源は、1対のトランジスタのベース・
エミッタ順方向接合電圧(以下VBEと称す)の差の電
圧(以下△VBEと称す)又は△VBEの定数倍の電圧
とVBEとの和を出力基準電圧として発生し、この出力
基準電圧がO°にのときのシリコンエネルギーバンドギ
ャップ電圧(以下VGOと称す)と等しくなる如く構成
されたいわゆるシリコンエネルギーバンドギヤツプ基準
電圧源回路を対象としたもので、かかる基準電圧源回路
の1対のトランジスタのコレクタ電流を別に設けた可変
抵抗器等のコレクタ電流調整用抵抗により調整し、よつ
て出力電圧を一定値に調節することによつて、モノリシ
ツク拡散抵抗のバラツキ及びVBEのバラツキを補償し
、その結果温度ドリフトをも一定値以下の小さな値に制
御できることを特徴としている。
以下本発明の目的、特徴及び利点をよりよく理解するた
めに、図面を参照して説明する。
第1図は一般に用いられているシリコンエネルギーバン
ドギャツプ基準電圧源回路であり、「ASimpleT
hreeTernllnalICBandGapRef
erence」A.P.BrOkaw..IEEEJO
urnalSOlld−StateCircuits.
.VOl、SC−9、f).9、December、1
974に詳細に述べられている。
図において、1対のNPNトランジスタTrlとTr2
のベースは共通接続され差動増幅器1の出力3の電圧が
帰還されている。これらトランジスタTrl,Tr2の
各コレクタはそれぞれ差動増幅器1の和入力及び差入力
となつている。更にトランジスタTrl,Tr2の各コ
レクタは負荷抵抗R3,R4を介してそれぞれ電源の正
側2に接続されている。トランジスタTrlのエミツタ
は抵抗R1及びR2を介して電源の負側4に接続され抵
抗R1とR2の接続点にトランジスタTr2のエミツタ
が接続されている。かかる構成によりトランジスタTr
2のVBEと、抵抗R1の両端にかかるトランジスタT
rlとTr2のVBEの差すなわち△VBEの定数倍の
電圧との和が出力端子3に発生され、この出力電圧がシ
リコンバンドギヤツプ電圧(VGO)に選ばれ発生され
て、温度に対し安定な出力基準電圧が得られるものであ
る。
この場合の出力電圧VOUTは次式にて示され、負荷抵
抗R3とR4の値は等しいものとしている。R vO[]T−VBE(Tr2)+2゜」△VBE゜゜゜
゜゛゜(1)R2(1)式において、更に△VBEは下
式の如く表わされる。
△VBE−(KT/q).1n(Isl/Is2・12
/11)・・・・・・(2)(2)式においてKはボル
ツマン定数、qは単位電荷、Tは絶対温度、ISl,I
S2はトランジスタTrl,Tr2のコレクタ電流をそ
れぞれ示す。
上記(1)、(2)式で示されるVOUTがシリコンバ
ンドギャツプ電圧(1)÷1.205Vに等しくなる様
構成する。この出力電圧はモノリシツク拡散抵抗で構成
された抵抗R1〜R4の製造上のバラツキ及びトランジ
スタTrl,Tr2のベース・エミツタ接合電圧のバラ
ツキにより変化し、その結果温度係数も前述の如く±5
0PPM/℃を越え実用的ではない。第2図は本発明の
構成を示す図であり、図において、第1図と同等部分は
同一符号をもつて示す。第1図と異なる部分は、トラン
ジスタTrl,Tr2のコレクタ負荷抵抗の部分である
。すなわちトランジスタTrlのコレクタは抵抗R7及
びR5を介して任意のバイアス点11に接続され、トラ
ンジスタTr2のコレクタは抵抗R8及びR6を介して
同様にバイアス点11に接続されている。このバイアス
点11は差動増幅器1の出力3であつても良く、又差動
増幅器1の出力がレベルシフトされた電位点でも良く、
又電源の正側2であつても良い。このバイアス点が電源
の正側2及び出力端子3以外の独立なバイアス点にある
場合が図示してあり、このバイアス点を端子12として
取り出している。又、抵抗R7,R5の接続点5は端子
7として取り出され、抵抗R8,R6の接続点6は別の
端子8として取り出される。以上の構成になる部分10
が本発明を構成する基準電圧源回路のうち集積化可能な
部分回路である。さらに端子7,8及び12に接続する
可変抵抗器を付加しトランジスタTrl,Tr2のコレ
クタ電流を調整し、よつて出力電圧をVGOに調整する
事によつてモノリシツク拡散抵抗のバラツキ及びVBE
のバラツキを補償し、その結果、出力端子3に現われる
出力電圧の温度ドリフトをも一定値以下の小さな値に制
御出来る基準電圧源回路の構成及びその手段が本発明の
第2の要点である。
次に第2図の回路動作の説明及び出力電圧の温度変化を
一定値以下の小さな値に調節出来る機構について説明す
る。第2図に於いて端子3に現われる出力電圧VOUT
は(3)式において工,,12は各々Trl,Tr2の
コレクタ電流Isl,Is2は各々Trl,Tr2の飽
和電流、RL,−R,+(R,/Rx)、RL2=R8
+(R6/RY)、Rxは外付可変抵抗Rの端子1,1
2間の値、 ※RYは外付可変抵抗Rの端子8,12間
の値をそれぞれ示す。
又記号11は並列抵抗値を意味する。又、温度TOの時
のトランジスタの順方向接合電圧をVBE(TO)とす
ると(4)式を(3)式に代入して、又T=TOでAv
OUT/θT=0になる条件を代入して整理すると次式
が得られる。
(5)式において△T=T−TOとおいて整理すると次
式を得る。
(4)、(5)、(6)式において、ηはデバイス定数
、Aは定数係数、F( Rx,.RY)はRx,RYに
依存した関数、θはR7,R8,R5,R6、と付加す
る可変抵抗器Rとの温度係数の差である。
(6)式の第3項が可変抵抗器Rを付加した事による付
加的な温度ドリフトの項である。この付加温度ドリフト
の値はA,R,R7,R8,R5,R6に適切な値を選
ぷ事によつて±5PPM/℃以内の温度ドリフト値に抑
える事が出来る。ところで可変抵抗器Rを調整して(3
)式で決まる誤差検出アンプ1の出力電圧を常温、すな
わちT=TOで(6)式の第1項と等しくすると、その
温度ドリフトは(6)式の第2項第3項とから決まり、
この値はTO±30℃以内で±10PPM/℃以内に入
る。以上説明した通り、誤差検出アンプの出力VOUT
を(4)式で決まる一定値に、付加可変抵抗を調節して
合わせる事により約±IOPPM/℃以下の低い温度ド
リフトの値を持つ基準電圧源回路を構成する事が出来る
。以上詳述した如く、本発明による基準電圧源回路を用
いることにより、温度係数の小さな出力電圧を得ること
ができるので、D−A変換器に適した基準電圧発生回路
となり、又抵抗値のトリミング等の面倒な調整が不要と
なるので、モノリシツクIC化が簡単に可能となる。第
3は本発明の基準電圧源回路の実施例である。第2図と
の共通部分については同一番号が付けてある。第3図の
実施例では抵抗器R,,R6の共通接続点は差動増幅器
の出力すなわち出力端子3に接続されて出力電圧によつ
てバイアスされている。又トランジスタTr,,Tr2
の共通ベース接続点が前記基準電圧値すなわちVGOと
等しい時、この電圧の任意の定数倍の基準電圧出力を得
るために前記共通ベース接続点への差動増幅器の出力か
らの帰還量はRIO/RlO+R9に減少させている。
よつて共通ベース電位を今VBとすると、端子3に現わ
れる出力電圧VOUTはVOUT=となり抵抗R9,R
IOにより任 意の出力電圧を得る事が出来る。
この時もVOUT=”゜”“”’””・ VGOへ出力
電圧R,ハを調整する操作によつて前記と同等の安定な
基準電圧回路が構成される。
本実施例によれば可変抵抗Rはその調整が容易なように
チツプに外付け可能になつており、かつこの可変抵抗お
よび差動増幅器の入力側の抵抗R5,R6へは温度変動
による電圧変動が抑えられた差動増幅器の出力がバイア
ス電圧として印加されているので、温度依存性のない非
常に安定したバイアスを与えることができ、優れた基準
電圧特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の基準電圧源回路図、第2図は本発明の
一実施例を示す図、第3図は本発明の他の実施例を示す
図。 図において、1は差動増巾器、5,6は抵抗接続点、T
rl,Tr2はトランジスタ、R1〜RlOは抵抗、R
は可変抵抗を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 差動増幅器と、該差動増幅器の出力がベース共通接
    続点に接続された一対のトランジスタを含み、該トラン
    ジスタのコレクタがそれぞれ該差動増幅器の差動入力端
    に接続され、該1対のトランジスタのエミッタ間に第1
    の抵抗が接続され、該1対のトランジスタの一方のエミ
    ッタと接地端子間に第2の抵抗が接続され、前記1対の
    トランジスタの両コレクタにそれぞれ第3、第4の抵抗
    及び第5、第6の抵抗を直列接続し、前記第3、第4の
    抵抗の接続点及び前記第5、第6の抵抗の接続点が第1
    、第2の外部端子となり、前記第4、第6の抵抗の他端
    に前記差動増幅器の出力が与えられ、前記差動増幅器、
    前記1対のトランジスタ、前記第1乃至第6の抵抗は夫
    々同一半導体チップ上に形成され、前記第1、第2の外
    部端子間に調整用抵抗が接続され、この調整用抵抗に前
    記差動増幅器の出力が印加されることを特徴とする基準
    電圧源回路。
JP9384176A 1976-08-05 1976-08-05 基準電圧源回路 Expired JPS5931081B2 (ja)

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US4250445A (en) * 1979-01-17 1981-02-10 Analog Devices, Incorporated Band-gap voltage reference with curvature correction
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