JPS63258108A - 基準電圧源 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電源電圧の変動及び温度変化があっても、常
に、所定の出力電圧を出力しうる安定な基準電圧源に関
するもので、各種の゛電子機器に広く使用されうる基準
電圧源を提供するものである。

°（従来技術） 基準電圧源は、多くの技術分野における各種の電子機器
における構成部分として不可欠なものであり、従来から
各種の構成形態の基準電圧源が提案されて来ている。

第２図は従来の基準電圧源の一例のものの回路図であり
、この第２図に示されている従来例の基準電圧源は、周
知のようにそれの出力端子１１に約１．３ｖの基準電圧
ｖＯが得られるものとして構成されている。ここで、第
２図示の従来の基準電圧源の構成原理及び動作原理を説
明すると次のとおりである。

すなわち、第２図に示されている従来の基準電圧源にお
いて、トランジスタＱｄｔ　Ｑａｔ抵抗Ｒ１４などで構
成されている回路配置は周知構成の電流源７であり、こ
の電流源からは一定の電流Ｉｏが出力されている。今、
前記の電流源の出力電流Ｉｏが分流する各トランジスタ
Ｑ　ａ　、　Ｑ　ｂ　、　Ｑ　ｃ毎の電流を図示のよう
にＩａ、Ｉｂ、Ｉｃであるとし、また、前記の各トラン
ジスタＱａ、Ｑｂ、Ｑｃのベース・エミッタ間電圧ヲソ
れぞれｖＢＥ（ａ）、ｖＢＥ（ｂ）、ｖＢＥ（ｃ）とす
ると、第２図示の回路について次の（１）。

（Ｚ）式が成立する。

Ｖｏ＝　Ｉ　ａ　Ｒ１！　＋　ｖＢＥ（ａ　）＝　Ｉ　
ｂ　Ｒ１３＋ｖＢＥ（ｃ）−（１）ｖＢＥ（ａ）＝＝　
ｖＢＥ（ｂ）＋　Ｉ　ｂ　Ｒ１２−（２）ここで、トラ
ンジスタＱａに分流する電流Ｉａと、トランジスタＱｃ
に分流する電流Ｉｃとが等しければ（Ｉａ″ｒＩｃであ
れば）、トランジスタＱａのベース・エミッタ間電圧■
ＢＥ（ａ　）とトランジスタＱｃのベース・エミッタ間
電圧ｖＢＥ　（ｃ　）とは等しく（ｖＢＥ（ａ）４　ｖ
Ｂ直ｃ））なるので、熱電圧ＶＴをＶＴ＝ｋＴ／ｑとお
くと、第２図示の基準電圧源の出力電圧Ｖｏは前記の（
１）、（２）式より１次の（３）式によって示されるも
のになる。

Ｖｏ４　ｖＢＥ（ｃ）＋（Ｒ１３／Ｒ１２）ＶＴ−ｆｆ
ｉｎ（Ｒ１３／ＲＩＬ）・・・（３） 前記の（３）式において、トランジスタＱｃのベース・
エミッタ間電圧ｖＢＥ（Ｑ　）は負の温度係数を有して
おり、また、熱電圧ＶＴは正の温度係数を有しているの
で、（３）式中に示されている抵抗比Ｒ１３／Ｒ１２及
びＲ１３／Ｒ１１を適当に選択すれば、出力電圧ｖＯが
温度の変化とは無関係な基準電圧源とすることが可能で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、第２図示の従来例の基準電圧源では、基準電
圧源の出力電圧Ｖｏを温度変化によっても変化しないよ
うにするための条件にされている前記の（３）式中の抵
抗比Ｒ１３／Ｒ１２及びＲ１３／Ｒ１１が、トランジス
タのベース・エミッタ間電圧ｖＯＨの温度係数ａｖＢＥ
　／ａ　Ｔの一２ｍｖ／℃と、熱電圧ＶＴの温度係数、
３Ｖ　Ｔ　／、９　ＴのＶτ／Ｔとによって一定の値に
決まってしまうので、第２図示の従来例の基準電圧源に
おいて温度の変化の影響なく出力電圧Ｖｏが一定の状態
で得られるのは、出力電圧Ｖｏが、 Ｖｏ＝　ｖＢＩＥ＋　Ｔ　（−ｃ）ＶＢＥ／９Ｔ）’？
　１　、３　Ｖの場合だけであり、第２図示の従来例の
基準電圧源では、１．３ｖ以外の電圧を温度係数が零の
状態で安定に出力させることができないために、基準電
圧を利用する各種の電子機器の構成に際して障害となる
ことがある他、前記した第２図示の構成を有する基準電
圧源では、それの出力電圧ｖＯが（３）式に示すように
、トランジスタＱｃのベース・エミッタ間電圧ｖＢＦ！
（ｃ）に依存しているために、基準電圧源の出力電圧Ｖ
ｏが次のような理由によって電源電圧Ｖｃｃの変化や温
度の変化に伴って変化するという欠点がある。

すなわち、トランジスタＱｃのベース・エミッタ間電圧
ｖＢＥ（ｃ）は、電流源の出力電流Ｉｏから分流した電
流Ｉａに依存しているものであるために、前記の電流Ｉ
ａが流れる抵抗Ｒ１１の抵抗値が温度変化によって変化
したときに生じる電流Ｉａの変化や、電源電圧Ｖｃｃの
電圧変動によって起る電流源の出力Ｉｏの変動に伴って
生じる電流Ｉａの変化によって、トランジスタＱｃのベ
ース・エミッタ間電圧ｖＢＥ（ｃ　）が変化するから、
それにより基準電圧源の出力電圧Ｖｏが変動するからで
ある。

このように従来例の基準電圧源では、それから温度の変
化と無関係に一定の基準電圧が出力される可能性のある
のは、基準電圧が１．３ｖという特定な出力電圧値の場
合だけである他、電源電圧の変動や抵抗の温度変化によ
って、基準電圧源の出力電圧が変化するという欠点があ
るために、電源電圧の変化や、温度変化があっても安定
に、しかも任意の多くの所定の出力基準電圧が出力でき
るような基準電圧源の出現が望まれた。

（問題点を解決するための手段） 本発明はエミッタ接地の第１のトランジスタと。

第１のトランジスタのベースにコレクタが接続されてい
るとともに、第１のトランジスタのコレクタにベースが
接続されており、エミッタが第１の抵抗を介して接地さ
れている第２のトランジスタと、第２のトランジスタの
コレクタにエミッタが接続された第３のトランジスタと
、第３のトランジスタのベースにベースとコレクタとが
共通接続され、エミッタが第１のトランジスタのコレク
タと第２のトランジスタのベースとに接続されている第
４のトランジスタと、第３のトランジスタのコレクタに
コレクタが接続されているとともに、エミッタが第２の
抵抗を介して電源に接続されており、かつ、ベースが第
３の抵抗を介して電源に接続されている第５のトランジ
スタと、第３のトランジスタのコレクタにベースが接続
されており、エミッタが第５のトランジスタのベースに
接続されているとともに、コレクタが第４の抵抗を介し
て第４のトランジスタのコレクタに接続されている第６
のトランジスタとを備えており、前記した第４のトラン
ジスタとして、それのエミッタ面積が第１のトランジス
タのエミッタ面積のＮ１倍のものを用いるとともに、第
２のトランジスタとして、それのエミッタ面積が第３の
トランジスタのエミッタ面積のＮ２倍（ただし、ＮｌＸ
Ｎ２　）１）のものを用い、前記した第４の抵抗と第６
のトランジスタのコレクタとの接続点から基準電圧出力
を得るようにした基準電圧源を提供して、既述した従来
の問題点を解決したものである。

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら本発明の基準電圧源の具
体的な内容について詳細に説明する。第１図は本発明の
基準電圧源の一実施例を示す回路図であって、第１図に
おいて、Ｑ１〜Ｑ９はトランジスタ、Ｒ１−Ｒ４は抵抗
、１〜３は基準電圧の出力端子である。

エミッタ接地接続となされているトランジスタＱ１は、
それのベースがトランジスタＱ９のベースとトランジス
タＱ２のコレクタ及びトランジスタＱ３のエミッタとに
接続されており、また、トランジスタＱ１のコレクタは
トランジスタＱ２のべ一入とトランジスタＱ４のエミッ
タとに接続されている。

前記したトランジスタＱ２のエミッタは抵抗Ｒ１を介し
て接地されており、また、前記したトランジスタＱ９の
エミッタは接地されている。また。

前記したトランジスタＱ３のコレクタは、トランジスタ
Ｑ５のコレクタとトランジスタＱ６のベースとに接続さ
れている。

前記したトランジスタＱ５のエミッタは抵抗Ｒ２を介し
１電源Ｖｃｃに接続されており、また、トランジス゛り
Ｑ５のベースはトランジスタＱ６のエミッタに接続され
ているとともに、抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃに接続さ
れている。

前記したトランジスタＱ４としては、それのエミッタ面
積がトランジスタＱ１のエミッタ面積のＮ１倍のものが
使用され、また、トランジスタＱ２としては、それのエ
ミッタ面積がトランジスタＱ３のエミッタ面積のＮ２倍
（ただし、ＮｌＸＮ２＝Ｎ〉１）のものが使用される。

前記のトランジスタＱ３のベースが、ベースとコレクタ
とに接続されているトランジスタＱ４のコレクタは、抵
抗Ｒ４を介してトランジスタＱ６のコレクタと、トラン
ジスタＱ７のベース及び第１の出力端子１に接続されて
いる。

前記のトランジスタＱ７のコレクタは、電源Ｖｃｃに接
続されており、またトランジスタＱ７のエミッタは第２
の出力端子２及びトランジスタＱ８のコレクタとベース
とに接続されている。そして前記のトランジスタＱ８の
エミッタは第３の出力端子３とトランジスタＱ９のコレ
クタに接続されている。

次に、前記のように構成された本発明の基準電圧源の構
成原理と動作原理とについて説明する。

まず、トランジスタＱ２．Ｑ３に流れる電流をＩ２とし
、トランジスタＱｌ、Ｑ４に流れる電流を工１とし、ま
たトランジスタＱｌ〜Ｑ４のベース・エミッタ間電圧を
ｖＢＥＩ〜ｖＢＥ４とすると、抵抗Ｒ１に生じる電圧降
下は次の（４）式で示される。

Ｉ　２・Ｒ１＝（ｖＩＩＥＩ　　’Ｊ　ＢＨ４）＋（ｖ
ＢＥ３−ｖＢＥ２）・・・（４） ここで、トランジスタＱ４のエミッタ面積をトランジス
タＱＬのエミッタ面積のＮ１倍とし、また、トランジス
タＱ２のエミッタ面積をトランジスタＱ３のエミッタ面
積のＮ２倍（ただし、ＮｌＸＮ２＝Ｎ　）　１）とする
と、前記した（４．）式中に示されている各トランジス
タのベース・エミッタ間電圧ｖＢＨの差電圧は、各トラ
ンジスタのエミッタの面積比に従って決定されることか
ら、前記した（４）式は次の（５）式で示されるものと
なる。

ｖＢＥｌ−ｖＢＥ４＝ｖＴＱｎＮ１ ）・・・・・・（５） ｖＢＥ３−　ｖＢＥ２＝　ＶＴ　Ｑ　ｎＮ２（ただし、
ＶＴはＶＴ＝＝ＫＴ／ｑで示される熱電圧である） 電流工２は前記した（４）、　（５）式より、ｌ２＝（
ＶＴ／Ｒ１）Ｑｎ（ＮＩＸＮ２）＝　（Ｖ　Ｔ／　Ｒｌ
）　Ｑ　ｎ　Ｎ　　−−−”・（６）（ただし、Ｎ＝Ｎ
ＩＸＮ２　、Ｎ　）１）前記の（６）式で表わされる。

さて、トランジスタＱ５に流れる電流は、トランジスタ
Ｑ５．　Ｑ６．抵抗Ｒ３，Ｒ３からなり、トランジスタ
Ｑ６のベース・エミッタ間電圧が負帰還路中に含まれる
ようにして構成されている負帰還回路の動作によって、
トランジスタＱ３に流れる電流■２と平衡するような電
流Ｉ２となされる。

それで、抵抗Ｒ３，トランジスタＱ６、抵抗Ｒ１を経由
してトランジスタＱ４に流れる電流■１は、前記した（
６）式により、次の（７）式で示されるものになる。

Ｉ　１＝　（ｖＢＥ５／Ｒ３）＋（１／Ｒ３）（Ｒ２／
Ｒ１）Ｖ’ｒ’　１１　ｎＮ・・・　・・・（７） ただし、（７）式中のｖＢＥ５は、トランジスタＱ５の
ベース・エミッタ間電圧である。

それで、トランジスタＱｌ、Ｑ３．Ｑ５のベース・エミ
ッタ間電圧Ｗ　８Ｅ１．　Ｗ　ＢＨ３，ｖＢｌｌ’５が
略々等しイ（■ＢＥ１＝　ｖ８１１！３＝　ｖＢｉｌｌ
５＝　ｖＢｉｌｌ）とすると、トランジスタＱ６のエミ
ッタと抵抗Ｒ４との接続点から第１の出力端子１に現わ
れる出力電圧Ｖｏｌは、前記の（７）式から次の（８）
式によって表わされるものになる。

Ｖｏｌ＝　ｖＢＥ（２＋（Ｒ４／Ｒ３））＋（（Ｒ４／
Ｒ３）Ｘ（Ｒ２／Ｒ１））ＶＴ−ｊｌｎＮ　　・・・（
８）また、前記した出力端子１に出力された前記の基準
電圧ＶｏｌがトランジスタＱ７によるエミッタフォロア
段を介して出力端子２に出力される基準電圧Ｖｏ２と、
前記した出力端子２に出力された基準電圧Ｖｏ２がトラ
ンジスタＱ８によってレベルシフトされて出力端子３に
出力される基準電圧Ｖｏ３とは、それぞれ次の（９）、
（１０）式によって示されるものになる。

Ｖｏ２　＝　ｖＢＥ（１＋　（Ｒ４／　Ｒ３））　＋　
（（Ｒ４／　Ｒ３）　Ｘ（Ｒ２／　Ｒ１））ＶＴ−Ｑ　
ｎ　Ｎ　　・”（９）Ｖｏ３＝　ｖＢＥ（Ｒ４／Ｒ３）
＋（（Ｒ４／Ｒ３）　Ｘ　（Ｒ２／Ｒ１））ＸＶＴ−ｎ
ｎＮ　　−（ｔｏ） 前記した（８ン〜（１０）式によってそれぞれ示されて
いる出力端子１〜３に現われる各基準電圧Ｖ　ｏ　１　
。

Ｖｏ２．　Ｖｏ３は、それらの何れのものも、負の温度
係数を有するトランジスタのベース・エミッタ間電圧ｖ
ＢＥと、正の温度係数を有する熱電圧ＶＴとの加重和の
形で表わされるものであるから、トランジスタのベース
・エミッタ間電圧ＶＢＨの加重係数を決定する抵抗比（
Ｒ４／Ｒ３）と、熱電圧ＶＴの加重係数を決定する２つ
の抵抗比（Ｒ４／Ｒ３）。

（Ｒ２／Ｒ１）と、トランジスタのエミッタの面積比Ｎ
（＝ＮＩＸＮ２）とをそれぞれ適当に設定すれば。

出力端子１〜３に出力される各基準電圧Ｖｏｌ〜Ｖｏ３
が、それぞれ所定の出力電圧値を有し、かつ。

所定の温度特性を有しているものに設定することができ
るのであり、また、任意の出力電圧値において温度係数
を零とすることができる。

また１回路中に流れる電流ＩＩ、Ｉ２は、電源電圧とは
無関係に同一であるから、既述した従来例の場合のよう
に電流源の温度特性や電源電圧変動の影響によって、出
力端子１〜３に出力される基準電圧Ｖ　ｏ　ｌ　＝　Ｖ
　ｏ　３が変動するようなことも起こらない。

さらに、前記のトランジスタＱ４として、それのエミッ
タ面積がトランジスタＱ１のエミッタ面積のＮ１倍のも
のが使用され、また、前記のトランジスタＱ２として、
それのエミッタ面積がトランジスタＱ３のエミッタ面積
のＮ２倍（ただし。

ＮｌＸＮ２＝Ｎ　＞　１）のものが使用されていること
により、出力端子１〜３で得られる基準電圧Ｖｏ１〜Ｖ
ｏ３を示す前記した（８）〜（１０）式中のＮで表わさ
れているトランジスタ間のエミ゛ツタの面積比Ｎは、Ｎ
＝ＮＩＸＮ２のように２つの面積比の積になっているか
ら、前記したＮを大きくすることが容易であり、前記し
たトランジスタ間のエミッタの面積比Ｎを大きくするこ
とにより、相対的に抵抗比Ｒ２／Ｒ１を小さくでき、そ
れにより前記した（８）〜（１０）式の第２項の精度が
向上されるので基準電圧Ｖｏｌ〜Ｖｏ３のばらつきを小
さくすることも容易である。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したところから明らかなように本発明
の基準電圧源は、エミッタ接地の第１のトランジスタと
、第１のトランジスタのベースにコレクタが接続されて
いるとともに、第１のトランジスタのコレクタにベース
が接続されており、エミッタが第１の抵抗を介して接地
されている第２のトランジスタと、第２のトランジスタ
のコレクタにエミッタが接続された第３のトランジスタ
と、第３のトランジスタのベースにベースとコレクタと
が共通接続され、エミッタが第１のトランジスタのコレ
クタと第２のトランジスタのベースとに接続されている
第４のトランジスタと、第３のトランジスタのコレクタ
にコレクタが接続されているとともに、エミッタが第２
の抵抗を介して電源に接続されており、かつ、ベースが
第３の抵抗を介して電源に接続されている第５のトラン
ジスタと、第３のトランジスタのコレクタにベースが接
続されており、エミッタが第５のトランジスタのベース
に接続されているとともに、コレクタが第４の抵抗を介
して第４のトランジスタのコレクタに接続されている第
６のトランジスタとを備えており、前記した第４のトラ
ンジスタとして。

それのエミッタ面積が第１のトランジスタのエミッタ面
積のＮ１倍のものを用いるとともに、第２のトランジス
タとして、それのエミッタ面積が第３のトランジスタの
エミッタ面積のＮ２倍（ただし、ＮｌＸＮ２　＞１）の
ものを用い、前記した第４の抵抗と第６のトランジスタ
のコレクタとの接続点から基準電圧出力を得るようにし
た基準電圧源であるから、この本発明の基準電圧源では
各トランジスタに流れる電流が電源電圧とは無関係に同
一となされ、また、２つの抵抗比（Ｒ４／　Ｒ３）ｙ（
Ｒ２／　Ｒ１）及びトランジスタのエミツタ面積比Ｎを
適当に選択することにより、所定の電圧値において所定
の温度特性を有する高精度の基準電圧を安定に出力する
ことが容易であって、この本発明によれば・既述した従
来例の場合のように電流源の温度特性や電源電圧変動の
影響によって基準電圧が変動するようなことが起こらず
、また、任意の電圧値の基準電圧を安定に高精度で発生
しつる基準電圧源を容易に提供できる。

【図面の簡単な説明】

スタ、Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１１〜Ｒ１４・・・抵抗、１〜３
・・・出力端子、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エミッタ接地の第１のトランジスタと、第１のトラ
   ンジスタのベースにコレクタが接続されているとともに
   、第１のトランジスタのコレクタにベースが接続されて
   おり、エミッタが第１の抵抗を介して接地されている第
   ２のトランジスタと、第２のトランジスタのコレクタに
   エミッタが接続された第３のトランジスタと、第３のト
   ランジスタのベースにベースとコレクタとが共通接続さ
   れ、エミッタが第１のトランジスタのコレクタと第２の
   トランジスタのベースとに接続されている第４のトラン
   ジスタと、第３のトランジスタのコレクタにコレクタが
   接続されているとともに、エミッタが第２の抵抗を介し
   て電源に接続されており、かつ、ベースが第３の抵抗を
   介して電源に接続されている第５のトランジスタと、第
   ３のトランジスタのコレクタにベースが接続されており
   、エミッタが第５のトランジスタのベースに接続されて
   いるとともに、コレクタが第４の抵抗を介して第４のト
   ランジスタのコレクタに接続されている第６のトランジ
   スタとを備えており、前記した第４のトランジスタとし
   て、それのエミッタ面積が第１のトランジスタのエミッ
   タ面積のＮ１倍のものを用いるとともに、第２のトラン
   ジスタとして、それのエミッタ面積が第３のトランジス
   タのエミッタ面積のＮ２倍（ただし、Ｎ１×Ｎ２＞１）
   のものを用い、前記した第４の抵抗と第６のトランジス
   タのコレクタとの接続点から基準電圧出力を得るように
   した基準電圧源 ２、第４の抵抗と第６のトランジスタのコレクタとの接
   続点から出力された基準電圧出力をエミッタフォロアに
   よりレベルシフトして取出すようにした特許請求の範囲
   第１項に記載の基準電圧源