JPS6051125B2

JPS6051125B2 - 定電圧回路

Info

Publication number: JPS6051125B2
Application number: JP50097990A
Authority: JP
Inventors: 義純出井
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-08-12
Filing date: 1975-08-12
Publication date: 1985-11-12
Also published as: JPS5221647A

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７，１０を介して第１の回路点１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のコレクタエミッタ間に流れる電ｘ１は、回路点１
の電圧をＶＯ、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■ＢＥ３
は、この１１を流すに充分な値にトランジスタ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●エミッタ間電圧が有する
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■ｏ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ＶＢＥ３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ＶＢＥ５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Ｖ。へ接続されてお
り、■ｏ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■６は■。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
路点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Ｖ８Ｅ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，■０，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）に代人してまとめる
と、次式が得られる。

さらに次に上記（３），（６）式を用いてＩェと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。

ＡＴｌＯ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■ＢＥＢの間には、（２）式よ
りこれより、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（代）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Ｋ／ｑ＝８．６６×１０−５■／０Ｋ１ 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＝１．５、ＶｇＯ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、
たとえばシリコンではＴは絶対温度、ＶＯ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７
してまとめると、次式が得られる。

Ｏさらに、この（１５）式を上記（１４）式へ代人す
ると、１ｘｒ− ６これを整理して、また、上記（８）式の両辺をＴで微分すると、これを整
理すると、これより、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■。

は１３〉〉（１１＋Ｉ２）の場合、１３で決まるからＶ
Ｏが温度Ｔにより変化しないための条件は１３が変化し
ないための条件若＝０（・・・（２５））となり上記（
２４）式は出力電圧ＶＯが温度Ｔにより変化しないため
の条件すなわち（２５）式を代人すれば、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の回路につ
いて計算した■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が温度により変化
しない条件てのＶＡの温度変化率であり、これらが等し
けれはすなわち（２３）式＝（２６）式であれば詐＝ｏ
、すなわち１３は温度ｌ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、これを
整理して、上記（２８）式で表わされるＶ。

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Ｉ３Ｒｌ，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。ＶＯ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、■
，ｏ＝１．２１８Ｖ，．Ｉ３Ｒ３＝０．０６０Ｖ，，Ｔ
＝２９８＝Ｈ．．ｖＯΣ１．３１を選んで（２８）式を
考えるとすれば、上記したようにその第４項目は無視し
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■ＢＥ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＝Ｘ
・・・（ハ）（ハ）式を（口）式に代人すると（ニ）式
より、ここで上記（ホ）式において、ｙをＩ，、ＸをＴとそθ
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）５式が成立す
れば良い。

つまり（３０）式を上記（２４）に代人して（２６）式
は次の様に変形される。また同様にして上記（２９）式
は）となる。

したがつて、トランジスタ６の増幅度が高ければ（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ば、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で
、トランジスタ６の増幅度を改良したものである。

ここでは同一部分には、同一番号を附してその説明を省
略する。第２図において、第４のトランジスタ６のコレ
クタは、このトランジスタ６とは反対導電型の第５のト
ランジスタ１９、第６のトランジスタ１８、同導電型の
第７のトランジスタ１６および抵抗１７て構成する定電
流回路に接続されている。即ち、トランジスタ６のコレ
クタはこれと反対導電型のトランジスタ２９のベースに
、又、このトランジスタ２９のエミッタはトランジスタ
１９のコレクタに接続されトランジスタ２９のコレクタ
は回路点２に接続されさらにトランジスタ１９のベース
は、ベースとコレクタとが接続されたトランジスタ１８
のベースに接続され、これらトランジスタ１８，１９の
エミッタはそれぞれ抵抗２０，２１を介して第３の回路
点２４に接続されている。一方、トランジスタ１６のベ
ースは第３のトランジスタ４のベースに接続され、その
コレクタは上記トランジスタ１８のベースおよびコレク
タの接続点に接続され、そのエミッタは抵抗１７を介し
て第２の回路点２に接続される。又、トランジスタ２９
のエミッタと、トランジスタ１９のコレクタとの接続点
は、トランジスタ２２，２３からなるダーリントン回路
の初段のベースに接続され、後段のトランジスタ２３の
エミッタは第１の回路点１に接続され、さらに上記トラ
ンジスタ２２，２３のコレクタはともに第３の回路点２
４に接続されている。

かくすることにより、トランジスタ１６のコレクタに第
１、第２の回路点１，２間の電圧によつて生じる一定電
流１１６が流れ、これがトランジスタ１８，１９からな
る電流反転回路で反転されて、トランジスタ２９および
第４のトランジスタ６のコレクタに負荷電流として供給
される。

つまり、トランジスタ６および２９よりなる回路は、極
めて高い負荷抵抗を駆動することと等価であり、且つダ
ーリントン回路のトランジスタ２２，２３が高入力イン
ピーダンスであるから、極めて高い電圧増幅度が得られ
るとともに回路点１に負帰還されるため、電圧変動率を
著しく改善することができる。なお、容量２５は発振防
止用容量で、動作の安定性を増す。又電界効果トランジ
スタ２６と抵抗２７からなる回路（起動回路）は、ここ
では定電圧回路全体の起動を容易にするために設けられ
たものである。原理的について、これがないと電源を投
入した時に出力電圧は上昇しない。即ち電源投入前には
トランジスタ１６に電流が流れていないから、電源を投
入してもトランジスタ１９に電流が流れず、回路点１の
電圧は零のままとなつている。一方、電界効果トランジ
スタ２６、抵抗２７からなる回路があると、この回路に
よる電流（電界効果トランジスタ２６のリース・ドレイ
ン間に流れる電流）１２６は第３、第２の回路点２４、
２間の電圧によつて決定され、最初の時点から流れるた
め、電源投入時から起動できる。

又この回路を単なる抵抗におきかえた場合に入力電圧が
変化ソーるとこの抵抗に流れる電流が変化する。この電
流が変化するとトランジスタ１９に流れる電流も変化す
ることになり、さらにこの電流変化によつてトランジス
タ１９のコレクタに接続された回路に影響を与えるため
、入力電圧に対する出力電圧の変動が大きくなる。なお
電界効果トランジスタ２６を用いた場合には、入力電圧
が変動してこのトランジスタ２６のソース・ドレイン間
電圧が変化しても、このトランジスタ２６が飽和領域で
動作する限り、ドレイン電流はほとんど変化せず、トラ
ンジスタ１９に流れる電流はほとんど変化しない。また
出力電圧の変動を出来る限り小さくするためには、トラ
ンジスタ１６による電流を多くする必要がある。これは
電界効果トランジスタ２６を用いていてもそのソース・
ドレイン電圧が変化すればわずかではあるがドレイン電
流が変動し、出力電圧が変動することになる。一方、ト
ランジスタ１９に流れる電流は電界効果トランジスタ２
６のソース●ドレイン間に流れる電流１２６とトランジ
スタ１６のコレクタに流れる電流１２６の和（即ち１１
９＝Ｉ２６＋１１６）で表わせ、さらにトランジスタ１
６は定電圧である出力電圧によつて駆動されるためこの
トランジスタ１６に流れる電流は一定電流である。

このためトランジスタ１６による電流を多くした方が出
力電圧の変動を小さくすることができる。したがつて電
界効果トランジスタ２６、抵抗２７又はそれに代る抵抗
回路による電流は、起動に必要な最低限の値に設定すれ
ば良い。又ダイオード接続したトランジスタ１５と抵抗
２８は第１図の抵抗９の代りに挿入されたもので、トラ
ンジスタ１５は負の温度係数を有するからトランジスタ
３，５のベースバイアス電圧すなわち第２の回路点２と
トランジスタ３，５のベース共通接続点との間の電圧を
トランジス５夕３，５のベース・エミッタ間電圧の温度
変化と同方向として、トランジスタ３，５の動作を拡大
するように働くものである。たとえば上記トランジスタ
３，５のベースバイアス電圧とこれらトランジスタ３，
５のベース・エミッタ間電圧の温度″Ｏ変化が逆方向で
あれば、すなわち、温度が低下してトランジスタ３，５
のベース・エミッタ間電圧が上昇し、このときベースバ
イアス電圧が低下すると、これら両トランジスタ３，５
はカットオフに近ずくことになりその動作範囲がせまく
なつてしまう。第３図は本発明の他の実施例で、第２図
の定電圧回路を改良したものである。

第２図の回路ではダーリントン接続トランジスタ２２，
２３が入り、トランジスタ１９の飽和電圧があるので、
入力最低電圧は出力電圧より約１．６Ｖ程度高く、した
がつて、たとえば１．３Ｖの出力電圧を得るのに２．９
Ｖの最低動作可能入力電圧が必要であり、効率が良くな
いという欠点がある。第３図の実施例では、これを改良
しており、第２図と同一部分には同一番号を附して詳し
い説明を省略する。第３図において、トランジスタ６の
コレクタとトランジスタ１９のコレクタの接続点にトラ
ンジスタ３４のベースを接続し、このトランジスタ３４
のコレクタはこれと反対導電型のトランジスタ３６のベ
ースに接続し、トランジスタ３６のエミッタは第３の回
路点２４に接続し、そのコレクタはベースとコレクタと
が接続されたダイオードとして使用するトランジスタ３
５のコレクタに接続されるとともにこの接続点は第１の
回路点１に接続される。上記トランジスタ３４とトラン
ジスタ３５のエミッタは共通に接続され、その接続点は
トランジスタ３２および抵抗３３からなる定電流回路に
接続される。

かくすることによりトランジスタ６の出力は、トランジ
スタ３４，３６で増幅されトランジスタ３５に１００％
帰還されるから、トランジスタ３４のベースから出力迄
の利得は同相でほぼ１となり、且つ、トランジスタ３４
および３５のベース３エミッタ間電圧はほぼ等しく、ト
ランジスタ３４のベースを入力としトランジスタ３５の
コレクタを出力とする電圧フォロワー回路において入出
力の電圧差の少ない電圧フォロワー回路を形成する。

更にトランジスタ３６のコレクタ、エミッタ間電圧は飽
和電圧程度迄充分低くなるようトランジスタ３４で駆動
できるため、回路点２４と回路点１との間の電圧を０．
３Ｖ程度にすることが出来る。従つて例えば１．３■の
出力電圧を得るための最低入力電圧は１．６Ｖ程度迄下
げられ、これは電源としてマンガン乾電池等を使用した
場合に、そ）の電圧が１．６Ｖ迄降下した場合にも、１
．３Ｖの出力電圧が一定電圧としてとれることを意味し
、その経済的改善効果は著しい。なお、トランジスタ３
５はダイオードを使用しても同じ効果が得られることは
明らかである。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図は本発明の他の一実施例を示す回路構成図
である。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、７，８，９，
１０，１１，１３・・・・抵抗、１２・・・・・定電流
源、１４・・・・・・直流電源、２４・・・・・・第３
の回路点、２６・・・・・・電界効果型トランジスタ、
１９・・・・・・第５のトランジスタ、１６・・・・・
第７のトランジスタ、１８・・・・・・第６のトランジ
スタ。

Claims

【特許請求の範囲】１（ａ）第１の回路点と、（ｂ）第２の回路点と、（ｃ）第１の回路点と第２の回路点との間に直列接続さ
れる、第１、第２のバイアス手段からなるバイアス回路
と、（ｄ）第１、第２のバイアス手段の結合点にベース
が結合される第１のトランジスタと、（ｅ）第１のトラ
ンジスタのコレクタと第１の回路点との間に結合される
第１の抵抗と、（ｆ）第１、第２のバイアス手段の結合
点にベースが結合される第２のトランジスタと、（ｇ）
第２のトランジスタのコレクタと第１の回路点との間に
結合される第２の抵抗と、（ｈ）第１のトランジスタの
コレクタにベースが結合され、第１のトランジスタのエ
ミッタにコレクタが結合され、第２の回路点にエミッタ
が結合される第３のトランジスタと、（ｉ）第３のトラ
ンジスタのコレクタと第２のトランジスタのエミッタと
の間に結合される第３の抵抗と、（ｊ）第２のトランジ
スタのコレクタにベースが結合され、第２の回路点にエ
ミッタが結合される第４のトランジスタと、（ｋ）第４
のトランジスタのコレクタにコレクタが結合される第５
のトランジスタと、（ｌ）第５のトランジスタのベース
にベースが結合される第６のトランジスタと、（ｍ）第
６のトランジスタのコレクタとベースとの結合点と第２
の回路点との間に結合される、電界効果トランジスタを
含んだ起動回路と、（ｎ）第６のトランジスタのコレク
タにコレクタが、第３のトランジスタのベースにベース
が、又第２の回路点にエミッタが夫々結合される第７の
トランジスタと、（ｏ）第５のトランジスタのエミッタ
と第６のトランジスタのエミッタとに結合される第３の
回路点、（ｐ）前記第４のトランジスタのコレクタと前
記第１の回路点間に接続される増幅手段とを備え、前記
第２の回路点と前記第３の回路点との間に入力電圧が印
加され、前記電界効果トランジスタのソース・ドレイン
間に流れる電流と前記第７トランジスタのコレクタに流
れる電流との和が前記第５トランジスタのコレクタに流
れる電流に実質的に等しく、前記第１の回路点と第２の
回路点との間に実質上温度変化の小さい一定の出力電圧
を生ぜしめるように構成されたことを特徴とする定電圧
回路。