JPS6398159A - 温度補償された電流源およびこれを用いた電圧調整器 - 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］ 本発明は電流供給回路に関し、更に詳細には、調整され
た大きさと所定の温度特性とを有する電流を発生するこ
とかでき、その大きさと温度係数とを設定することがで
きる電圧調整器電圧を発生する用途に好適な集積回路（
ＩＣ）に関する。

［従来の技術］ 供給電圧とは無関係な所定の温度係数（ＴＣ）と調整さ
れた大きさとを有する電流を発生する電流供給装置ある
いは電流源を必要とする回路およびシステムの用途は多
い。更に詳細に述べれば、絶対温度と比例して変化する
正のＴＣを有する大きさの電流を発生する電流供給回路
を利用するのが望ましいことがある。この電流はトラン
ジスタの差動対のＰＮ接合に固有の負のＴＣを打消して
、たとえば、トランジスタの差動対を有する差動増幅器
のゲインを温度変化に対して実質上一定に保つことがで
きるように発生することができる。ＩＣは一般にこのよ
うな差動増幅器を多数備えることができるので、上述の
形式の電流供給回路でそれぞれが所定の大きさとこれに
関連する温度係数とを有する複数のこのような電流を発
生することができるものが必要になることがある。この
ような熱電流源または熱的電流源に対する用途は既知の
ＴＣを有する調整された出力電圧を発生する他の回路と
関連している。この熱電流は正のＴＣを有する抵抗器の
両端に電圧を発生するのに利用することができ、この電
圧は次にＮＰＮトランジスタの負のＴＣを持つベース・
エミッタ間電圧と直列に配置してゼロＴＣの出力電圧を
発生する。これらの形式の電圧調整器は当業者によりバ
ンドギャップ電圧調整器と言われることがある。

従来の電圧調整器は普通異なる電流密度で動作する１対
のトランジスタを糀えている。２個のトランジスタはそ
の間にそれぞれのベース・エミッタ間電圧の差（ΔＶ８
Ｆ）に比例する電圧を発生するように関連回路と相互に
接続されている。この差電圧は１つのトランジスタのエ
ミッタに電流を設定するのに使用され、正の温度係数（
ＴＯ）を有している。熱エミッタ電流は絶対温度に比例
して変化する電圧を発生するのに使用され、この電圧は
、今度は、負のＴＣの電圧と組合わされて実質的にＴＯ
がゼロの複合電圧を生ずる。

［発明が解決しようとする問題点］ このような従来の調整器はかなりな長所を有しているが
、全部ではないにしても大部分が重大な制限を受けてい
る。たとえば、２つのトランジスタのコレクタ・エミッ
タ間電圧の差により生ずる熱電流の誤差を防止するのに
、従来の調整器は２つの装置の不整合を防止するための
複雑なフィードバック機構を必要とする。この機構は過
度のチップ面積が必要になるので集積回路の設計には望
ましくない。その他に、これら従来の調整器の出力調整
電圧の電圧レベルと温度係数とは独立に設定することが
できなくて差電圧へＶＢＥによって決まる。その上、従
来の調整器はトランジスタのＶＢＥ電圧の値より小さい
調部可能なＴＣ調整電圧を発生することができない。

したがって、従来の熱電流源回路の問題を解決する改良
された集積熱電流源回路の必要性が存在する。

その他に、従来の調整器の前述の制限を受けず、かつ視
雉なフィードバック回路を必要とぜずに、精密熱電流源
を利用して任意の電圧および温度係数に設定することが
できる出力電圧を発生する調整器回路の必要性が存在す
る。

したがって、本発明の目的は改良された熱電流源（ｔｈ
ｅｒｍａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　５ｏｕｒｃｅ）回路を提
供することでおる。

本発明の他の目的は調整された大きさおよび温度係数を
有する電流を発生し、集積回路の形態に製作するのに適
する回路を提供することでおる。

本発明の更に他の目的は改良された電圧調整器を提供す
ることである。

本発明の更に他の目的は所定の電圧レベルおよび温度係
数に設定することができる出力電圧を発生する改良され
た集積電圧調整器回路を提供することでおる。

本発明の更に他の目的は調節可能な温度係数を有する電
流を供給する熱電流源を備えた電圧調整器を提供するこ
とである。

［問題点を解決するための手段］ 上述のおよび他の目的によれば、異なる電流密度で動作
する第１および第２のトランジスタと、そのコレクタ・
エミッタ間導電径路が第２のトランジスタのエミッタと
回路ノードとの間に直列に接続されており、フィードバ
ック電流に応じて第２のトランジスタから電流を吸い込
み、第１および第２のトランジスタとの間に正のＴＣを
有する差電圧を発生する第３のトランジスタであって該
差電圧は該第３のトランジスタを通るコレクタ電流を設
定するのに使用されるものと、第３のｌ−ランジスタの
ベースとエミッタとの間に接続されて前記回路ノードに
制御可能な大きさおよび負のＴＣを有する電流を発生す
る回路とを有する熱電流源、および前記回路ノードに接
続されてその両端にこれに供給される電流の和に比例す
る電圧を発生する抵抗性回路を備えた電圧調整器が提供
される。

［実施例］ 次に図面を参照すると、集積回路の形態に製作するのに
適しておりかつ調整された電圧を設定するのに使用され
る、本発明の熱電流源のいくつかの実施例が示されてい
る。図に関連して説明する対応植成要素は同じ参照番号
で示しであることがわかる。第１図は基本構成要素と熱
電流源１０の基準セル１２の相互接続を示す。電流源１
０はこれに結合しているＮＰＮトランジスタ１４．１６
、および１８のような複数の電流源に端子２０でファン
アウトを供給するのに適している。電流源トランジスタ
のコレクタはそれぞれの電流利用回路２２．２４、およ
び２６に接続されており、この各回路は絶対温度ととも
に変化する所定の温度特性を有する電流を必要としてい
る。

熱電流源１０の基準セル１２はエミッタがそれぞれ抵抗
３２および３４を介してＮＰＮトランジスタ３６のベー
スに結合している１対のＮＰＮトランジスタ２８おにび
３０を備えている。トランジスタ３６のコレクタ・エミ
ッタ径路はトランジスタ３０のエミッタと負または接地
基準電圧−■が供給される負の電源導体３８との間に結
合されている。トランジスタ２８はそのコレクタとベー
スとがトランジスタ３００ベースに接続されているダイ
オードとして接続されている。１対の電流源４０および
４２はそれぞれ電流１１およびＩ２をトランジスタ２８
および３０のコレクタに供給するが、正の動作電圧ＶＣ
Ｃが供給される電源導体４４に接続されている。フィー
ドバックは、そのベースがトランジスタ３０のコレクタ
に結合されそのコレクタ・エミッタ径路が導体４４と（
！ヘラレジスタ３６のベースへの）出力ノード２０との
間に接続されかつ抵抗４８と直列に負の電源導体３８に
結合されているバッファＮＰＮトランジスタ４６により
トランジスタ３６のベースに対して行われる。

本発明の概念は（１）正の温度係数（ＴＣ）を有する差
電圧を発生すること、（２）この差電圧を利用してトラ
ンジスタ３６のコレクタに流入する電流を設定し、この
コレクタ電流の大きざが絶対温度とともに変化するよう
にすること、（３）トランジスタ３６の負のＴＣベース
・エミッタ問電圧降下ＶＢＥを利用して抵抗５６を通し
て負のＴＣを有する電流を発生すること、および（４）
ノード６２で２つの電流を加算してその値と温度係数と
が制御可能な複合電圧を発生することから成る。

差電圧は本発明ではトランジスタ２８および３０を異な
る電流密度で動作させることにより発生されるが、これ
により、理解されるように、２つのトランジスタのエミ
ッタの間に正の差電圧ＶＢＥが発生する。本発明ではト
ランジスタ２８はそのエミッタ領域をトランジスタ３０
のエミッタ領域よりＮ倍大きクシ（ここでＮは正の数）
、Ｉ１をＩ２に等しくすることによりトランジスタ３０
より低い電流密度で動作する。抵抗３２が抵抗３４と等
しければ、トランジスタ２８のベース・エミッタ間およ
び抵抗３２をはさんで現われる電圧はトランジスタ３０
のベース・エミッタ間および抵抗３４をはさんで現われ
る電圧に等しい。

しかしながら、トランジスタ２８はより低い電流密度で
動作するから、そのベース・エミッタ間電圧はトランジ
スタ３０のベース・エミッタ間電圧より小さく、休止時
に前述の差電圧がそれらのエミッタ間に発生する。ただ
し、最初は、トランジスタ２８は電流１１の全部を吸い
込みかつダイオードとして動作するので、その電圧でト
ランジスタ３０をバイアスするようにする。トランジス
タ３０のエミッタがトランジスタ２８のエミッタより（
１／Ｎ＞倍小さくなるにつれてトランジスタ３０は最初
はＩ２の大きざより少ないコレクタ電流を吸い込む。こ
れによりトランジスタ３０のコレクタ電圧が上昇し、こ
のためフィードバック用トランジスタ４６が導通する。

こうしてトランジスタ４６はトランジスタ３６にベース
駆動電流を供給し、これによりトランジスタ３６が導通
し、そのコレクタでトランジスタ３０のエミッタから電
流Ｉ、をトランジスタ３０を貫流する電流が、■　に等
しい電流Ｉ２に等しくなるまで吸い込む。

トランジスタ３０を通る電流をトランジスタ２８を貫流
する電流に等しくすることにより回路のフィードバック
作用からそのエミッタ間に差電圧ΔＶＢＥが発生する。

これによりトランジスタ３６に吸い込まれた電流Ｉ、が
確定する。したがって、上記から休止動作状態で ｌｌＲ３２＋ＶＢＥ２Ｂ＝ＶＢＥ３０＋（１２１丁）Ｒ
３４および Ｖ　ＢＥ３０　　Ｖ　ＢＥ２Ｂ””　’　Ｖ　ＢＥ・故
′。

また、ｒ１Ｒ３２＝Ｉ２Ｒ３４であるから、１１−＝Δ
Ｖ　Ｂ、／　Ｒ３４ ただしΔＶＢＥ＝　（ＫＴ／ｑ）Ｉ　ｎＮＫ＝ボルツマ
ン常数 ■＝絶対温度 ｑ＝電子の電荷 であることがわかる。

したがってＩＴは大きさがＲ３４の値によって制御可能
に設定することができかつ絶対温度と直接関連して変化
する熱電流である。ＮＰＮトランジスタ４６はトランジ
スタ３６のベースをバイアスするフィードバック電流を
発生し、トランジスタ３６が正しいコレクタ電流を確実
に吸い込むようにする。トランジスタ４６はまた電流供
給トランジスタ１４．１６および１８のファンアウトの
ベース電流がトランジスタ２８および３０の動作に影響
しないようにバッファする。抵抗４８は抵抗３２および
３４を貫流する電流の和より大ぎな電流を吸い込みトラ
ンジスタ４６に適格なバイアス電流が確保されるように
選択される。トランジスタ３６のエミッタを接地し、電
流源トランジスタ１４．１６、および１８のベースを端
子２０と結合することにより、後者のすべてのコレクタ
電流がＩＴが変化するにしたがって変化する熱電流にな
る。これらの電流は、たとえば、エミッタ抵抗器を利用
することによりまたはエミッタ領域比率設定により任意
の所望の大きざになるように比率を決めることができる
。したがって、トランジスタ１６はそのエミッタ径路に
抵抗４９を備え、トランジスタ１８は複数のエミッタを
備えているように示しである。熱電流源セル１２は、ト
ランジスタ２８および３０のコレクタ・ベース間電圧が
実質上ゼロに等しいから両トランジスタのコレクタ・エ
ミッタ間電圧がよく整合しているので電源電圧の変動に
は比較的無関係でおる。

第２図を参照すると、１対のＮＰＮトランジスタ５０お
よび５２が示しであるが、これらは熱電流源１０の精度
を向上する。トランジスタ５０は、そのコレクタ・エミ
ッタ径路が電源導体４４とトランジスタ２８および３０
のベースとの間に結合されており、そのベースが電流源
４０に接続されているが、トランジスタ２８および３０
へのベース電流をバッファして１１と■２との間の誤差
を減らす。同様に、トランジスタ５２は、そのコレクタ
・エミッタ径路が電源導体４４とトランジスタ４６のベ
ースとの間に接続され、そのベースが電流源４２に接続
され、トランジスタ４６のベース電流をバッファする。

第３図は電流源１０に関して上に開示したＷＸ念を利用
する調節可能な温度係数を有する出力電流Ｉｏｕｔを発
生する熱電流源５４を示している。熱電流源５４は基準
セル１２のトランジスタ３６のベース・エミッタ間に結
合された別の抵抗５６を備えている。したがってＩ。ｕ
ｌは ’　ｏｕｔ　＝ＩＴ　十ＶＢＥ３６／Ｒ”６およびＩｏ
ｕｔ＝ΔＶ　ＢＥ／　Ｒ３４＋　Ｖ　ＢＥ３６／　Ｒ５
にこでＶ　ＢＥ３６はトランジスタ３６のベース・エミ
ッタ間電圧であり、 Ｒ５６は抵抗５６の値でおる。

ΔＶＢＥは正のＴＣを有し、Ｖ　ＢＥ３６は負のＴＣを
有しているので、Ｒ３４のＲ５６に対する比を選択して
■。、ｔのＴＣを正、負、あるいはちょうどゼロにさえ
することができる。トランジスタ３６のＶＢＥはそのコ
レクタ電流がΔＶ　ＢＥ／　Ｒ３４であることがわかっ
ているのでよく制御されることか理解される。

例を用いて、抵抗３２と３４とがトランジスタ３６のベ
ースに接続されているものとして上に示した。しかしな
がら、本開示から抵抗３２および３４はトランジスタ３
０が飽和しないようになっているかぎり共通ノードで任
意の基準電位源に接続することもできることが明らかで
ある。トランジスタ５２は第２図に示すようにトランジ
スタ４６をバッファするために使用し）ｑることもわか
る。

第４図は上述の熱電流源を備えた本発明の電圧調整器６
０を示す。好ましい実施例では出力ツードロ２は別の抵
抗６４に直列に接続されている。

トランジスタ５２は、そのベース・エミッタ径路がトラ
ンジスタ３０のコレクタとトランジスタ４６のベースと
の間に接続され、そのコレクタが導体４４に結合されて
いるが、更にトランジスタ３０のコレクタがノード６６
でこれに接続されている負荷手段に供給される負荷電流
の影響をバッファしている。その他に、トランジスタ５
２はトランジスタ３０のコレクタ電圧をトランジスタ２
８のコレクタ電圧と確実に等しくして２つのトランジス
タが不整合にならないようにしている。

抵抗６８はトランジスタ５２のエミッタと出力端子６６
との間に接続されており、出力端子６６に調整された（
ｒｅｇｕｌａｔｅｄ）出力電圧Ｖ。、ｔが発生する。

抵抗６４の両端に電流■。ｕｔに比例する電圧が発生し
、トランジスタ３６のＶＢＥと組合わされて複合電圧Ｖ
。ｕｔを生ずる。したがって、Ｖｏｕｔは次式のように
なる。

Ｖｏｕｔ　＝　ＶＢＥ３６　（’ｌ　＋Ｒ６４／　Ｒ５
６）＋ΔＶＢＥＲ６４／　Ｒ３４（４） ただしＲ６４は抵抗６４の値である。

したがって、抵抗の比を適格に選択することにより、ｖ
ｏｕｔを所望の電圧および温度係数に互いに独立的に設
定することができる。

ｖｏｕｔは好ましい実施例では出力６６で取っているが
、調整出力電圧はノード６２にも発生し、これを調整器
の出力電圧として使用するようにもできることがわかる
。

本発明のいくつかの実施例を上に詳細に説明してきたが
、これに対して特許請求の範囲の中で修正を行い得るこ
とが理解される。

［発明の効果］ 上に述べたように、本発明によれば、調節可能な温度係
数を有する熱電流を発生する熱電流源と、熱電流に比例
する電圧を発生し、この電圧を異なる温度係数の伯の電
圧と組合わせてその大きさと温度係数とを独立に制御し
得る複合電圧を発生する手段とを有する新規な電圧調整
器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱電流源を示す概要電気回路図で
ある。 第２図は本発明に係る第２の熱電流源を示す概要電気回
路図である。 第３図は本発明に係る第３の熱電流源を示す概要電気回
路図である。 第４図は第３図の熱電流源を備えた電圧調整器を示す概
要電気回路図である。 １０・・・熱電流源、　１２・・・基準セル、１４．１
６，１８，２８，３０・・・’ＮＰＮトランジスタ、　
２２，２４．２６・・・電流利用回路、４０．４２・・
・電流源、　４４・・・導体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、そのベースが相互に結合され、それぞれのコレクタ
   ・エミッタ導電径路を通して電流を導くように構成され
   ている第１および第２のトランジスタと、 そのコレクタ導電径路が前記第２のトランジスタのエミ
   ッタに結合されている第３のトランジスタと、 第１および第２の抵抗器であつて、前記第１のトランジ
   スタを貫流する電流は該第１の抵抗器をも貫流し、前記
   第２のトランジスタを貫流する電流の一部は該第２の抵
   抗器をも貫流するように構成されているものと、 前記第２のトランジスタのコレクタと前記第３のトラン
   ジスタのベースとの間に結合され、前記第３のトランジ
   スタを導通させるバイアス電流を発生して前記第２のト
   ランジスタから電流を吸い込ませるフィードバック回路
   手段であつて、前記第２のトランジスタを貫流する電流
   は前記第１のトランジスタを流れる電流に比例し、これ
   により所定の温度係数（ＴＣ）を有する電圧差をこれら
   のトランジスタのエミッタ間に発生させ、かつ前記第３
   のトランジスタの前記コレクタ電流は調整された大きさ
   および前記所定の温度係数を有するフィードバック回路
   手段と、 を備えていることを特徴とする熱電流源。 ２、異なる電流密度で動作しそれらの間に所定の温度係
   数を有する差電圧を発生する第１および第２のトランジ
   スタと、前記第２のトランジスタのエミッタに結合して
   そこから電流の一部を吸い込む第１の抵抗器と、そのコ
   レクタ・エミッタ径路が前記第２のトランジスタの前記
   エミッタと回路ノードとの間に結合している第３のトラ
   ンジスタと、前記第２のトランジスタに応答して前記第
   ３のトランジスタのベースにフィードバック信号を供給
   し、第３のトランジスタが所定の大きさの前記第２のト
   ランジスタのエミッタから、前記第１および第２のトラ
   ンジスタが前記異なる電流密度で動作するように所定の
   大きさを有しかつ前記所定の温度係数を有する電流を吸
   い込むようにしたフィードバック回路手段と、を備えた
   熱電流源手段と、 前記第３のトランジスタの前記ベースとエミッタとの間
   に結合して前記回路ノードに所定の大きさと前記第３の
   トランジスタを貫流する前記電流の前記温度係数とは逆
   に変化する温度係数とを有する電流を供給する第２の抵
   抗器と、 前記回路ノードに接続され、これを通して前記第３のト
   ランジスタと前記第２の抵抗器とを貫流する前記電流が
   加算されて調整された電圧がその両端間に発生し、その
   大きさと温度係数とは独立に設定することができるよう
   にした第３の抵抗器と、 を備えていることを特徴とする電圧調整器。