JPS6051124B2 - 定電圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電源回路の温度補償及び定電圧化を計つた定電
圧回路に関する。

カメラにおいてＣｄＳ等の受光素子を使用する露出計が
多く使用されており、その電圧源として水銀電池が良く
用いられて来た。

水銀電池はほぼ１．３Ｖの安定な電圧を供給できるため
に便利ではあるが、公害問題があり、他にマンガン乾電
池等の適当な電源が使用される場合には、この電圧を安
定化して使用する方が便利である。本発明は、上記の点
に鑑みてなされたもので、低い一定電圧を安定化して供
給できる定電圧回路を提供することを目的とする。

以下、図面を参照してこの発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の原理を説明するための結線図で、出力
回路点となる第１の回路点１と、第２の回路点２との間
に、ベースを共通接続された第１，第２のトランジスタ
３，５、その各ベースに適当なバイアス電圧を与える抵
抗８，９および上記トランジスタ３，５のエミッタ回路
が共通に接続されその接続点にコレクタが接続される第
３のトランジスタ４が設けられている。そして上記トラ
ンジスタ４のベースはトランジスタ３のコレクタに接続
され、トランジスタ５のコレクタは第４のトランジスタ
６のベースに接続され、このトランジスタ６のコレクタ
は上記第１の回路点１に接続され、トランジスタ６およ
びトランジスタ４のエミッタはそれぞれ第２の回路点２
に、また上記トランジスタ３，５のコレクタはそれぞれ
抵抗一７，１０を介して第１の回路点４に接続されてい
る。なお、トランジスタ５のエミッタとトランジスタ４
のコレクタとの間には抵抗１１が、トランジスタ６のエ
ミッタと第２の回路点２との間には抵抗１３が介在して
いる。また第１の回路点１と，第２の回路点２の間には
電流源１２を介して入力電圧となる直流電源１４が接続
されている。上記トランジスタ３のコレクタには抵抗７
を介して電流が流れるが、そのコレクタ電圧はトランジ
スタ４のベースに供給され、トランジスタ４の一コレク
タはトランジスタ３のエミッタに負帰還されているから
、これらトランジスタ３，４の電流増幅率が充分高けれ
ば、トランジスタ３のコレクタ電圧はトランジスタ４の
ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ４で定まり、又トランジ
スタ３のコレクタ３エミッタ間に流れる電流１１は、回
路点１の電圧をＶＯｌ抵抗７の抵抗値をＲ７とすれば、
で定まり、トランジスタ３のベース・エミッタ間電圧■
８Ｅ３は、この１１を流すに充分な値にトラン４ジスタ
４により自動的に調節される。

一方、トランジスタ３とトランジスタ５のベースは共通
に接続され、トランジスタ５のエミッタは抵抗１１を介
してトランジスタ３のエミッタと共通に接続されている
から、トランジスタ５に流れるエミッタ電流１２はトラ
ンジスタ３のエミッタに流れる１１よりも小さくなり、
抵抗１１の両端には正の温度係数を有する電圧が発生す
る。他方、トランジスタ５のコレクタには、抵抗１０が
接続されているから、その両端には抵抗１１の両端の電
圧がこれらの抵抗比だけ増幅された電圧が発生する。従
つて抵抗１０の両端の電圧は正の温度係数を持つており
、トランジスタ６のベース・エミ”ツタ間電圧が）有す
る負の温度係数を相殺して回路点１と回路点２間の電圧
が温度に無関係になるごとく、前記抵抗値を設定するこ
とが可能である。又、回路点１と回路点２の間の電圧す
なわちＶＯが増加すると１１が増加しトランジスタ３の
ベース・エミッタ間電圧■ＢＥ３が増大する。したがつ
てトランジスタ５のベース・エミッタ間電圧■ＢＥ５を
増大させるように１２の電流は増大し、トランジスタ５
のコレクタ電圧を下げる方向に動くが、一方トランジス
タ５のコレクタは抵抗１０を介してＶＯへ接続されてお
り、ＶＯの増加に対しトランジスタ５のコレクタ電圧は
上昇する方向に働く度合が大きい。したがつてトランジ
スタ３，４，５の回路はＶＡを下げる方向に働くが、全
体としてＶＡはＶ。の増加につれて上昇する。したがつ
てトランジスタ６のコレクタ電流も増大するが、電流源
１２からの電流は一定であるから、回路点１の電圧は降
下し、回路点１と２との間の電圧を下げるように働き、
回路点１と２の電圧変化を押さえるように働くから、回
路１と２の間には温度変化の少ない定電圧が発生する。
このことを以下詳細に説明する。

一般にトランジスタのエミッタ電流１とベース・エミッ
タ間電圧■ＢＥとの間には次の関係が成立する。

したがつて第１図の回路で、各トランジスタ３及至６の
電流増幅率は充分大きいとし、図に示した記号１１，１
２，１３，Ｖ０，ＶＡを使用すれば、次式が成立する。

ただし、次に上記（５）式を（４）式に代人してまとめ
ると、次式が得られる。

■１１〜１０ さらに次に上記（３），（６）式を用いて１１と１２の
比を求めると次式のようになる。

そして次に上記（７）式の両辺の自然対数をとると、次
式が得られる。

一方、一般的にＩＡ，ＩＢのエミッタ電流が流れた時の
ベース・エミッタ間電圧■８。

の間には、（２）式よりここでトランジスタ３には１１
が、トランジスタ４には１１＋Ｉ２の電流が流れるから
上記（１ａ式よりが得られる。さらに１３は次式で表わ
される。

ここで各記号は次の意味をもつ。

ｑは電子電荷、 Ｋはボルツマン定数、したがつて αは定数、 ｎは製造法で異なる定数、たとえば二重拡散シリコント
ランジスタの場合にはｎ＝１．＼■，。

は使用する半導体基板のバンドギャップエネルギに相当
する電圧で、たとえばシリ］ンではＴは絶対温度、■ｏ
は回路点１の電圧、 ＶＡはトランジスタ５のコレクタ電圧である。

今、出力電圧ＶＯが温度により変化しないための条件を
求めるため、まず上記（３）式の自然対数をとると、次
式が得られる。さらに上記（１３）式の両辺を絶対温度
Ｔで微分し整理すれば次式に変形できる。

また、上記（１１）式の両辺を絶対温度Ｔで微分してま
とめると、次式が得られる。

さらに、この（１５）式を上記（１４）式へ代人すると
、これを整理して、 これを整理すると、 また、上記（８）式の両辺をＴで微分すると、 ょこ
の（２２）式に上記（１９）式を代人すれば、 （一方
、上記（１２）式を絶対温度Ｔで微分し、ここでＶはＩ
（Ｉ＋Ｉ）場合、Ｉで決まるから■ｏが温度Ｔにより変
化しないための条件は１３が変化しないための条件謀＝
０（・・・（２５））となり上記（２４）式は出力電圧
■ｏが温度Ｔにより変化しないための条件すなわち（２
５）式を代人すれＬば、１３半０であるから、となる。

ここで上記（２３）式はトランジスタ３，５の回１これ
を整理して、洛について計算したＶＡの温度変化率であ
り、また上記（２６）式はトランジスタ６についてその
１３ゲ温度により変化しない条件てのＶＡの温度変化？
であり、これらが等しければすなわち（２３）式＝（２
６）式であれば謀＝ｏ、すなわち１３は温度変化に無関
係になる。

したがつてこれによつて決まる■。も温度に無関係にな
る。すなわち（２３）式＝（２６）式とおくと、上記（
２８）式で表わされる■ｏの右辺第１項目の■ＧＯは一
定であり第３項目のｎは充分に小さな値であるから温度
Ｔの変化に対して一定とみなすことができ、第２項目の
Ｉ３Ｒｌ３は１３が一定なのでこれも一定となりさらに
第４項目は微少値となるので、（２８）式で表わされる
Ｖ。

は実質的に温度変化に関係なく一定の値となる。具体的
な数値例として、■ＧＯ＝１．２１８Ｖ，，Ｉ３Ｒ３＝
０．０６０■、Ｔ＝２９８■＝±、Ｖ＝人■ｏ−１．３
１を選んで（２８）式を考１ｎＩ，１０しうる程度に小
さく、 となる時に温度係数を零としうる。

更に後段のトランジスタで増幅する場合、後段のトラン
ジスタのエミッタ電流を一定とした場合のベース・エミ
ッタ間電圧ＶＢＥは温度に比例するから、この後段のト
ランジスタのエミッタ電流を温度に無関係に一定にする
ためにはそのベース・エミッタ間電圧は温度に比例した
電圧で駆動させてやる必要がある。すなわち１３を温度
に比例させる必要がある。一般にｙ＝Ａｘ・・・（イ）
の比例関係がある時、この（イ）式の両辺を微分すると
、（イ）式より、ａ＝？
・・・（ハ）（ハ）式を（口）式に代人すると（ニ）式
より、 ここで上記（ホ）式においが、ｙを１３、ｘをＴとそれ
ぞれ置き換えれば、次式が得られる。

したがつて後段のトランジスタで増幅することを考えて
その温度補償を行なうには、上記（３０）式が成立すれ
ば良い。

つまり（３０）式を上記（２４）に体入して（２６）式
は次の様に変形される。また同様にしそ上記（２９）式
は となる。

したがつて、トランジスタ６の増幅度が高けれは（２９
）式、低い場合には（２９）″式を満足する電圧になる
よう各抵抗値を設定すれひ、温度係数零の低電圧電源が
得られる。なお、抵抗１３の値Ｒｌ３が零であつても良
いことは明らかである。第２図は本発明の一実施例を示
す回路図で、バンドギャップ電圧の４倍の電圧を出力電
圧として得るようにしたものである。

すなわち、４倍のバ．ンドギヤツプ電圧を得るために、
第４のトランジスタ６のベースと第２のトランジスタ５
のコレクタはトランジスタ５６のエミッタ・ベースを介
して接続され、第１、第２の抵抗７，１０の一端と第１
の回路点１間にはダイオード接続されたトラ・ンジスタ
５９と、第５のトランジスタ５８のエミッタベースが介
在する。結果的に第１の回路点１と第２の回路点２間に
は負の温度係数をもつた４個のトランジスタのベース・
エミッタ接合が接続されることになるためこれを補償す
る正の温度係数を有する電圧を第２の抵抗１０に発生さ
せるようにしたものである。

図において、抵抗８とトランジスタ１６の直列接続は第
１図の抵抗８に相当する第１のバイアス手段である。ト
ランジスタ１６を用いることにより、抵抗８を充分小さ
くすることができるため、集積化積化する上で好ましい
。又、抵抗９にはダイオード接続されたトランジ９スタ
１５が接続されるが、このトランジスタ１５がトランジ
スタ３，５のベース・エミッタ間電圧と同様、負の温度
係数を有するため、トランジスタ３５の温度補償回路と
して機能し動作範囲を拡大させることができる。

″ 又、第１図の電流源１２に相当する回路はベースを
共通接続したトランジスタ１８，１９およびそのエミッ
タと第３の回路点２４間に接続された抵抗２０，２１に
より構成される。

そして、トランジスタ１８のコレクタは第５の）トラン
ジスタ５８のコレクタに接続され、トランジスタ１９の
コレクタは抵抗３０を介して、第４のトランジスタ６の
コレクタに接続されている。

なお、トランジスタ１８と１９はカレントミラー回路を
構成しているため、各々のコレクタ電流は等しくなる。
又、トランジスタ１９のコレクタと第１の回路点１間に
は、トランジスタ６５，６６，６７，６８，６９から構
成される電圧フォロワ回路が接続されている。

良く知られているように、電圧フォロワ回路は入力端子
の電圧と出力端子の電圧が等しくなるため、トランジス
タ１９のコレクタ電圧に応じた電圧が第１の回路点１に
伝達されることになり、出力電圧の変動を抑える負帰還
動作が達成される。又、第４のトランジスタ６のコレク
タにベースが接続されたトランジスタ２９はトランジス
タ６の増幅度をさらに上げるために設けたものである。
又、電圧フォロワ回路を構成するトランジスタ６５，６
７はダーリントン接続であるため、その入力インピーダ
ンスは非常に大きなものとなり、トランジスタ６に大き
な負荷を接続したのと等価であるため、トランジスタ６
の増幅度を上げる機能を有する。

従つて、高い増幅度をもつたトランジスタ６、電圧フォ
ロワ回路によつて第１の回路点１に対しては負帰還回路
が形成されることになり、回路点１の出力電圧の安定化
が図られている。

なお、電圧フォロワ回路を構成するトランジスタ６９の
エミッタ・コレクタ間電圧は、飽和動作時には０．３■
程度になるため、入力最低電圧は約５．５Ｖ程度となる
。

又、第４のトランジスタ６のベースと第２の回路点２間
に接続された抵抗６３とダイオード接続されたトランジ
スタ６４はトランジスタ５６のリーク電流を吸収するた
めのものてあり、又、トランジスタ６４は第４のトラン
ジスタ６の温度補償の機能を有する。

なお、トランジスタ５６のコレクタ●ベース間に接続さ
れたコンデンサ２５は発振防止のためのものて動作の安
定性を増す。

又、トランジスタ５８のコレクタ●エミッタ間にドレイ
ン・ソースが接続され、ゲートが第２の回路点２に接続
された電界効果トランジスタ２６は回路の起動用に設け
られたもので、原理的には−この電界効果トランジスタ
２６がない場合には回路は起動しない。

しかし、電界効果トランジスタ２６が具備されることに
より、電源投入後、抵抗２０、ダイオード接続されたト
ランジスタ１８、電界効果トランジスタ２６、ダイオー
ド接続されたトランジスタ５９、第１の抵抗７、トラン
ジスタ４、抵抗６２を介して第２の回路点２に至る電流
路が形成され、起動が達成されることになる。

そして、起動直後はトランジスタ５８のエミッタが低い
電圧になつているため電界効果トランジスタ２６は浅い
バイアスとなり大きな電流が電界効果トランジスタ２６
に流れ、起動し易くなつている。起動後トランジスタ５
８のエミッタの電圧が上昇すると電界効果トランジスタ
２６には深いバイアスが加わることになるため、電界効
果トランジスタ２６に流れる電流は減少し、電源電圧変
動による出力電圧変動に与える電界効果トランジスタ２
６の影響が少なくなり、出力電圧の変動率を抑えること
ができる。

第３図は本発明の他の一実施例を示す回路図であり、第
４のトランジスタ６のコレクタ電流をさらに安定化させ
、回路動作の安定化を図つたものである。

すなわち、図において第４のトランジスタ６のコレクタ
電流は、トランジスタ７０，７３、抵抗７１，７２によ
り構成されるカレントミラー回路より供給される。

そして、トランジスタ７０のコレクタ電流は第３のトラ
ンジスタ４とベースが共通接続されたカレントミラー回
路を構成するトランジスタ３４より供給されているため
、結果的にトランジスタ４のコレクタ電流に等しい電流
が供給されることになる。

つまり、第１、第２の回路点１，２間の安定化された電
圧で定まる安定した電流が第４のトランジスタ６に供給
されることになる。

又、第１の回路点１にベースが接続されたトランジスタ
７４は共通ベース型の増幅動作をし、トランジスタ６は
エミッタフォロワー型トランジスタ２９、および共通ベ
ース型のトランジスタ７牡電圧フォロワ回路６５，６６
，６９を介して第１の回路点１に結合され、第２図の実
施例と同様トランジスタ６のコレクタ電圧に応じた電圧
が第１の回路点１に伝達され、出力電圧の変動を抑える
負帰還動作が達成される。

なお、第２図においては電圧フォロワ回路はトランジス
タ６５，６７および６６，６８のダーリントン接続を用
いたが、本実施例においては、各々一段のトランジスタ
６５，６６からなる。

これは、第４のトランジスタ６には定電流源となるトラ
ンジスタ７０が高抵抗の負荷として接続されているため
、充分な増幅度が得られ、一段のトランジスタでも全体
としては充分高い増幅率が得られるからである。かくす
ることにより、トランジスタ６，５６は、回路点１，２
間の安定した出力電圧により決定される電流が流れ、且
つ増幅度が高いから電源・電圧に対する出力電圧の変動
が少く、素子のバラツキによる出力変動の少ない安定し
た定電圧を出力することが可能である。

以上述べた様に本発明によれば、極めて低い出力電圧の
定電圧を発生し得、且つ電源電圧、温度）負荷の変動に
対して極めて安定な定電圧回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するための回路構成の一例
を示す結線図、第２図は本発明の一実施例を示す回路構
成図、第３図は他の実施例を示す回路構成図てある。 １・・・・・・第１の回路点、２・・・・・・第２の回
路点、３・・・・第１のトランジスタ、４・・・・・・
第３のトランジスタ、５・・・・・・第２のトランジス
タ、６・・・・・・第４のトランジスタ、８，９，１０
，１１・・・・・・抵抗、１２・・・・・・定電流源、
７・・・・・・第１の抵抗、１４・・・・・・直流電源
、２４・・・・・・第３の回路点、２６・・・・・・電
界効果トランジスタ、５８・・・・・・第５のトランジ
スタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）第１、第２、第３の回路点と、 （ｂ）前記第１、第２の回路点間に直列接続される第１
   、第２のバイアス手段からなるバイアス回路と、（ｃ）
   前記第１、第２のバイアス手段の結合点に各々ベースが
   接続される第１、第２のトランジスタと、（ｄ）前記第
   １、第２のトランジスタのコレクタに各々、その一端が
   接続される第１、第２の抵抗と、（ｅ）前記第１、第２
   のトランジスタのエミッタ間に接続される第３の抵抗と
   、（ｆ）前記第１のトランジスタのエミッタにコレクタ
   が接続され、ベースが前記第１のトランジスタのコレク
   タに接続され、エミッタが前記第２の回路点に接続され
   る第３のトランジスタと、（ｇ）エミッタ、ベースコレ
   クタを有し、そのエミッタが前記第２の回路点に接続さ
   れる第４のトランジスタと、（ｈ）エミッタ、ベース、
   コレクタを有し、前記第１の回路点にそのベースが接続
   される第５のトランジスタと、（ｉ）前記第５のトラン
   ジスタのエミッタと、前記第１、第２の抵抗の各々の他
   端間に接続される、ダイオード接続された第６のトラン
   ジスタと、（ｊ）エミッタ、ベース、コレクタを有し、
   前記第２のトランジスタのコレクタにそのベースが前記
   第４のトランジスタのベース、コレクタに各々そのエミ
   ッタ、コレクタが接続される第７のトランジスタと、（
   ｋ）前記第３の回路点に各々エミッタが接続されベース
   が共通接続された第８、第９のトランジスタと、（ｌ）
   前記第８のトランジスタのベースおよびコレクタに前記
   第５のトランジスタのコレクタを接続する手段と、（ｍ
   ）前記第４のトランジスタのコレクタを前記第９のトラ
   ンジスタのコレクタに接続する手段と、（ｎ）前記第９
   のトランジスタのコレクタに、その入力端が接続され、
   前記第１の回路点にその出力端が接続された電圧フォロ
   ワ回路とを具備し、前記第２、第３の回路点間に入力電
   圧を印加し、前記第１、第２の回路点から出力電圧を得
   ることを特徴とする定電圧回路。