KR100212155B1 - Voltage comparator equipped by hysteresis - Google Patents
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Abstract
본 발명은 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기에 관한 것이다. 본 발명은 입력전압으로 구동되는 제1트랜지스터와 기준전압으로 구동되는 제2트랜지스터의 공통 이미터에 이미터 정전류원이 접속되고, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터에 제3트랜지스터의 컬렉터가 접속되고, 상기 제2트랜지스터의 컬렉터에 상기 제3트랜지스터와 전류 미러를 형성하는 제4트랜지스터의 컬렉더가 접속되고, 상기 제4트랜지스터의 이미터와 접지 사이에 히스테리시스 전압 설정을 위한 저항이 접속되며, 상기 입력전압과 상기 기준전압의 비교 결과 얻어지는 출력전압의 레벨에 따라 선택적으로 구동되어 상기 제4트랜지스터의 이미터와 상기 저항 사이에 소정의 정전류를 공급 또는 차단하는 정전류 공급부를 구비하고 있다. 이와 같이 본 발명은 히스테리시스 전압의 설정시 트랜지스터의 포화 전압 관계를 고려할 필요없이 정전류 공급부의 출력전류값의 조정을 통해 히스테리시스 전압을 정확하게 설정할 수 있기 때문에 동작 특성이 안정되는 효과가 있다.The present invention relates to a voltage comparator having hysteresis characteristics. According to the present invention, an emitter constant current source is connected to a common emitter of a first transistor driven by an input voltage and a second transistor driven by a reference voltage, and a collector of a third transistor is connected to a collector of the first transistor. A collector of a fourth transistor, which forms a current mirror with the third transistor, is connected to a collector of a second transistor, a resistor for setting hysteresis voltage is connected between the emitter of the fourth transistor and ground, and the input voltage is connected to the collector of the fourth transistor. And a constant current supply unit which is selectively driven according to a level of an output voltage obtained as a result of the comparison between the reference voltage and the reference voltage to supply or cut a predetermined constant current between the emitter of the fourth transistor and the resistor. As described above, in the present invention, the hysteresis voltage can be accurately set by adjusting the output current value of the constant current supply unit without having to consider the saturation voltage relationship of the transistor when setting the hysteresis voltage, so that the operating characteristics are stabilized.
Description
본 발명은 히스테리시스(hysteresis) 특성을 갖는 전압비교기에 관한 것으로서, 특히 히스테리시스 전압이 정확하게 설정되어 동작 특성이 안정된 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage comparator having hysteresis characteristics, and more particularly, to a voltage comparator having hysteresis characteristics in which the hysteresis voltage is correctly set and the operation characteristics are stable.
제1도는 종래 기술에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기의 회로도로서, 종래의 전압비교기는 10개의 저항(R1-R10)과, 6개의 NPN 트랜지스터(Q1~Q4, Q6, Q7)와, 1개의 PNP 트랜지스터(Q5)로 구성되어 있다.1 is a circuit diagram of a voltage comparator having hysteresis characteristics according to the prior art, and a conventional voltage comparator includes 10 resistors R1-R10, 6 NPN transistors Q1 to Q4, Q6 and Q7, and 1 PNP. It consists of the transistor Q5.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation principle of the voltage comparator having a hysteresis characteristic according to the prior art configured as described above are as follows.
먼저, NPN 트랜지스터(Q2)의 베이스로 입력되는 입력전압(Vin)이 증가하여 NPN 트랜지스터(Q1)의 베이스로 입력되는 기준전압을 초과하면 NPN 트랜지스터(Q2)에 컬렉터 전류가 흘러 PNP 트랜지스터(Q5)와 NPN 트랜지스터(Q4, Q6)가 차례대로 온(on)되고, 출력 전압은 하이 레벨에서 로우 레벨로 반전된다.First, when the input voltage Vin inputted to the base of the NPN transistor Q2 increases and exceeds the reference voltage inputted to the base of the NPN transistor Q1, collector current flows to the NPN transistor Q2 so that the PNP transistor Q5 And NPN transistors Q4 and Q6 are turned on in turn, and the output voltage is inverted from the high level to the low level.
이 때, NPN 트랜지스터(Q1)의 베이스로 입력되는 기준전압은 전원 전압(Vcc)이 3개 저항(R3, R4, R5)에 의해 분배되어 발생된 전압값이다.At this time, the reference voltage input to the base of the NPN transistor Q1 is a voltage value generated by distributing the power supply voltage Vcc by the three resistors R3, R4, and R5.
상기에서 NPN 트랜지스터(Q4)가 온되면 저항(R6)이 저항(R5)과 병렬로 연결되면서 NPN 트랜지스터(Q1)의 베이스에 입력되고 있던 기준전압을 감소시키게 된다. 즉, 기준전압이 최초 설정치 보다 낮게 설정되어 히스테리시스 전압을 형성하게 된다. 따라서, 입력전압(Vin)이 다시 낮아지더라도 히스테리시스 전압만큼 출력 전압은 로우 레벨로 유지된다.When the NPN transistor Q4 is turned on, the resistor R6 is connected in parallel with the resistor R5 to decrease the reference voltage input to the base of the NPN transistor Q1. That is, the reference voltage is set lower than the initial set value to form a hysteresis voltage. Therefore, even if the input voltage Vin is lowered again, the output voltage is maintained at the low level by the hysteresis voltage.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기는 히스테리시스 전압의 설정시 트랜지스터(제1도에 도시된 Q4)의 포화전압 관계를 고려해야 하기 때문에 히스테리시스 전압이 정확하게 설정되지 못해 동작 특성이 불안정한 문제점이 있었다.However, the voltage comparator having the hysteresis characteristic according to the prior art configured as described above has to consider the saturation voltage relationship of the transistor (Q4 shown in FIG. 1) when setting the hysteresis voltage, so that the hysteresis voltage is not set correctly and the operation characteristic is There was an unstable problem.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 출력 전압에 따라 선택적으로 구동되는 정전류 공급부를 구비함으로써 히스테리시스 전압의 정확한 설정이 가능해지는 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a voltage comparator having a hysteresis characteristic that enables accurate setting of a hysteresis voltage by providing a constant current supply unit selectively driven according to an output voltage.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기는 입력 구동되는 제1트랜지스터와 기준전압으로 구동되는 제2트랜지스터의 공통 이미터에 이미터 정전류원이 접속되고, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터에 제3트랜지스터의 컬렉터가 접속되고, 상기 제2트랜지스터의 컬렉터에 상기 제3트랜지스터와 전류 미러를 형성하는 제4트랜지스터의 컬렉터가 접속되고, 상기 제4트랜지스터의 이미터와 접지 사이에 히스테리시스 전압 설정을 위한 저항이 접속되며, 상기 입력전압과 상기 기준전압의 비교 결과 얻어지는 출력전압의 레벨에 따라 선택적으로 구동되어 상기 제4트랜지스터의 이미터와 상기 저항 사이에 소정의 정전류를 공급 또는 차단하는 정전류 공급부를 구비한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a voltage comparator having a hysteresis characteristic according to the present invention has an emitter constant current source connected to a common emitter of a first transistor driven by an input and a second transistor driven by a reference voltage. The collector of the third transistor is connected to the collector of the transistor, the collector of the fourth transistor which forms a current mirror with the third transistor is connected to the collector of the second transistor, and between the emitter and the ground of the fourth transistor. A resistor for setting the hysteresis voltage is connected, and selectively driven according to the level of the output voltage obtained as a result of the comparison of the input voltage and the reference voltage to supply or cut a predetermined constant current between the emitter of the fourth transistor and the resistor. A constant current supply unit is provided.
제1도는 종래 기술에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기의 회로.1 is a circuit of a voltage comparator having hysteresis characteristics according to the prior art.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기의 회로도.2 is a circuit diagram of a voltage comparator having hysteresis characteristics according to an embodiment of the present invention.
제3도는 제2도에 도시된 출력의 파형도이다.3 is a waveform diagram of the output shown in FIG.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기의 회로도로서, 상기 전압비교기는 비교부(10)와, 전류 미러부(20)와, 출지 버퍼부(30)와, 정전류 공급부(40)를 구비하고 있다.2 is a circuit diagram of a voltage comparator having hysteresis characteristics according to an embodiment of the present invention, wherein the voltage comparator includes a comparator 10, a current mirror 20, a discharge buffer 30, and a constant current supply unit. 40 is provided.
상기 비교부(10)는 입력전압(Vin)으로 구동되는 PNP 트랜지스터(Q6)와, 기준전압(Vref)으로 구동되는 PNP 트랜지스터(Q5)와, 상기 2개 PNP 트랜지스터(Q6, Q5)의 공통 이미터에 접속된 이미터 정전류원으로 구성되어 있다. 여기서, 이미터 정전류원은 2개 PNP 트랜지스터(Q6, Q5)의 공통 이미터에 컬렉터가 접속된 PNP 트랜지스터(Q2)와, 상기 PNP 트랜지스터(Q2)의 이미터와 전원 전압(Vcc) 사이에 접속된 저항(R7)으로 이루어진다. 또한, 상기 PEP 트랜지스터(Q2)는 저항(R8)을 통해 전원 전압(Vcc)에 이미터가 접속되고 저항(R4)을 통해 접지에 컬렉터가 접속되며 컬렉터와 베이스가 접속된 PNP 트랜지스터(Q1)와 전류 미러를 형성한다.The comparator 10 has a common image of the PNP transistor Q6 driven by the input voltage Vin, the PNP transistor Q5 driven by the reference voltage Vref, and the two PNP transistors Q6 and Q5. It consists of an emitter constant current source connected to the emitter. Here, the emitter constant current source is connected between a PNP transistor Q2 having a collector connected to a common emitter of two PNP transistors Q6 and Q5, and an emitter of the PNP transistor Q2 and a power supply voltage Vcc. Resistor R7. In addition, the PEP transistor Q2 includes an emitter connected to a power supply voltage Vcc through a resistor R8, a collector connected to ground through a resistor R4, and a PNP transistor Q1 connected to a collector and a base. Form a current mirror.
상기 전류 미러부(20)는 비교부(10)에 포함된 PNP 트랜지스터(Q6)의 컬렉터에 컬렉터가 접속된 NPN 트랜지스터(Q7)와, 상기 비교부(10)에 포함된 PNP 트랜지스터(Q5)의 컬렉터에 컬렉터가 접속된 NPN 트랜지스터(Q8)와, 상기 NP 트랜지스터(Q7)의 이미터와 접지 사이에 접속된 저항(R1)과, 상기 NPN 트랜지스터(Q8)의 이미터와 접지 사이에 접속된 히스테리시스 전압 설정을 위한 저항(R2)으로 구성되어 있다. 여기서, 2개의 NPN 트랜지스터(Q7, Q8)는 전류 미러를 형성하고 있다.The current mirror unit 20 includes an NPN transistor Q7 having a collector connected to a collector of the PNP transistor Q6 included in the comparison unit 10, and a PNP transistor Q5 included in the comparison unit 10. NPN transistor Q8 having a collector connected to the collector, resistor R1 connected between the emitter of the NP transistor Q7 and ground, and hysteresis connected between the emitter and ground of the NPN transistor Q8. It consists of a resistor (R2) for voltage setting. Here, two NPN transistors Q7 and Q8 form a current mirror.
상기 출력 버퍼부(30)는 PNP 트랜지스터(Q1)와 전륜 미러를 형성하는 2개의 PNP 트랜지스터(Q3, Q4)와, 상기 PNP 트랜지스터(Q3)의 이미터와 전원 전압(Vcc) 사이에 접속된 저항(R6)과, 상기 PNP 트랜지스터(Q4)의 이미터와 전원 전압(Vcc) 사이에 접속된 저항(R5)과, 2개의 NPN 트랜지스터(Q9, Q10)로 구성되어 있다. 상기 NPN 트랜지스터(Q9)는 PNP 트랜지스터(Q3)의 컬렉터에 컬렉터가 접속되고, 비교부(10)에 포함된 PNP 트랜지스터(Q5)의 컬렉터와 전류 미러부(21))에 포함된 NPN 트랜지스터(Q8)의 컬렉터 사이에 베이스가 접속되며, 이미터가 접지에 접속되어 있다. 또한, 상기 NPN 트랜지스터(Q10)는 NPN 트랜지스터(Q9)의 컬렉터에 베이스가 접속되고, PNP 트랜지스터(Q4)의 컬렉터에 컬렉터가 접속되며, 이미터가 접지에 접속되어 있다. 여기서, PNP 트랜지스터(Q4)의 컬렉터와 NPN 트랜지스터(Q10)의 컬렉터 사이의 전압이 출력전압이 된다.The output buffer unit 30 includes two PNP transistors Q3 and Q4 forming a front-wheel mirror with a PNP transistor Q1, and a resistor connected between an emitter of the PNP transistor Q3 and a power supply voltage Vcc. R6, a resistor R5 connected between the emitter of the PNP transistor Q4 and the power supply voltage Vcc, and two NPN transistors Q9 and Q10. The NPN transistor Q9 has a collector connected to the collector of the PNP transistor Q3, and the NPN transistor Q8 included in the collector and the current mirror unit 21 of the PNP transistor Q5 included in the comparator 10. The base is connected between the collectors and the emitter is connected to ground. The NPN transistor Q10 has a base connected to the collector of the NPN transistor Q9, a collector connected to the collector of the PNP transistor Q4, and an emitter connected to the ground. Here, the voltage between the collector of the PNP transistor Q4 and the collector of the NPN transistor Q10 becomes the output voltage.
상기 정전류 공급부(40)는 4개의 PNP 트랜지스터(Q11∼Q13, Q18)와, 4개의 NPN 트랜지스터(Q14∼Q17)와, 2개의 저항(R11, R13)으로 구성되며, 입력전압(Vin)과 기준전압(Vref)의 비교 결과 얻어지는 출력전압의 레벨에 따라 선택적으로 구동되어 전류 미러부(20)에 포함된 NPN 트랜지스터(Q8)의 이미터와 저항(R2) 사이에 소정의 정전류를 공급한다. 이를 위하여 PNP 트랜지스터(Q18)의 컬렉터는 전류 미러부(20)에 포함된 NPN 트랜지스터(Q8)의 이미터와 저항(R2) 사이에 접속되어 있고, NPN 트랜지스터(Q17)의 베이스로는 출력 버퍼부(30)의 출력전압이 입력된다. 또한, PNP 트랜지스터(Q15)의 컬렉터 전류값과 저항(R2)의 저항값을 곱한 값이 히스테리시스 전압이 된다.The constant current supply unit 40 includes four PNP transistors Q11 to Q13 and Q18, four NPN transistors Q14 to Q17, two resistors R11 and R13, and an input voltage Vin and a reference. It is selectively driven according to the level of the output voltage obtained as a result of the comparison of the voltages Vref to supply a predetermined constant current between the emitter of the NPN transistor Q8 included in the current mirror section 20 and the resistor R2. To this end, the collector of the PNP transistor Q18 is connected between the emitter of the NPN transistor Q8 included in the current mirror unit 20 and the resistor R2, and the output buffer unit is used as the base of the NPN transistor Q17. An output voltage of 30 is input. The hysteresis voltage is obtained by multiplying the collector current value of the PNP transistor Q15 by the resistance value of the resistor R2.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 의한 히스테리시스 특성을 갖는 전압비교기의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation principle of the voltage comparator having a hysteresis characteristic according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, PNP 트랜지스터(Q6)의 베이스로 입력되는 입력전압(Vin)이 증가하여 PNP 트랜지스터(Q5)의 베이스로 입력되는 기준전압(Vref) 보다 높아지면 PNP 트랜지스터(Q5)의 컬렉터 전류가 증가하지만 대부분의 컬렉터 전류가 NPN 트랜지스터(Q8)와 저항(R2)을 통해 접지로 패스되어 NPN 트랜지스터(Q9)의 베이스로는 소정의 전류만 입력되므로 2개의 NPN 트랜지스터(Q9, Q10)는 차례대로 오프(off)되고, 그로 인해 출력전압은 로우 레벨에서 하이 레벨로 반전된다.First, when the input voltage Vin input to the base of the PNP transistor Q6 increases and becomes higher than the reference voltage Vref input to the base of the PNP transistor Q5, the collector current of the PNP transistor Q5 increases, but most The collector current of is passed to the ground through the NPN transistor Q8 and the resistor R2 so that only a predetermined current is input to the base of the NPN transistor Q9, so that the two NPN transistors Q9 and Q10 are turned off in turn. This causes the output voltage to invert from low level to high level.
상기에서, 출력전압이 하이 레벨로 반전되면 NPN 트랜지스터(Q17)가 온 되면서 정전류 공급부(40)가 구동되어 정전류 공급부(40)의 출력전류 즉, PNP 트랜지스터(Q18)의 컬렉터 전류가 NPN 트랜지스터(Q8)의 이미터와 저항(R2) 사이에 공급된다.In the above, when the output voltage is inverted to a high level, the NPN transistor Q17 is turned on and the constant current supply unit 40 is driven so that the output current of the constant current supply unit 40, that is, the collector current of the PNP transistor Q18 is the NPN transistor Q8. Is supplied between the emitter and resistor R2.
상기와 같은 상태에서 입력전압(Vin)이 감소하여 기준전압(Vref) 보다 낮아지게 되면 PNP 트랜지스터(Q6)의 컬렉터 전류가 증가하고, NPN 트랜지스터(Q8)의 컬렉터 전류도 NPN 트랜지스터(Q7)의 미러 전류가 공급되어 증가하지만 정전류 공급부(40)의 출력전류가 NPN 트랜지스터(Q8)의 이미터와 저항(R2) 사이에 공급되고 있어 NPN 트랜지스터(Q8)의 전류 싱크 능력이 커져 있는 상태이므로 NPN 트랜지스터(Q9)의 베이스에 충분한 전류가 흐르지 못해 계속 오프상태로 유지되고, 그로 인해 출력전압도 계속 하이레벨로 유지된다.When the input voltage Vin decreases in the above state and becomes lower than the reference voltage Vref, the collector current of the PNP transistor Q6 increases, and the collector current of the NPN transistor Q8 also mirrors the NPN transistor Q7. The current is supplied and increased, but the output current of the constant current supply unit 40 is supplied between the emitter of the NPN transistor Q8 and the resistor R2, so that the current sinking capability of the NPN transistor Q8 is increased. Sufficient current does not flow through the base of Q9), which keeps it off, thereby keeping the output voltage high.
하지만, 입력전압(Vin)의 감소에 따라 NPN 트랜지스터(Q8)의 컬렉터 전류가 계속 증가하면 NPN 트랜지스터(Q8)의 전류 싱크 능력이 커져 있는 상태라 하더라도 NPN 트랜지스터(Q8)와 저항(R2)을 통해 접지로 패스되는 전류량에는 한계가 있으므로 결국 NPN 트랜지스터(Q9)의 베이스에도 충분한 전류가 흘러 2개 NPHN 트랜지스터(Q9, Q10)가 차례대로 온되고, 그로 인해 출력전압이 하이레벨에서 로우레벨로 반전된다.However, if the collector current of the NPN transistor Q8 continues to increase as the input voltage Vin decreases, even though the current sinking capability of the NPN transistor Q8 is increased, the NPN transistor Q8 and the resistor R2 are provided. Since the amount of current passed to ground is limited, sufficient current flows to the base of the NPN transistor Q9 so that the two NPHN transistors Q9 and Q10 are turned on in turn, thereby inverting the output voltage from the high level to the low level. .
상기에서 출력전압이 로우레벨로 반전되면 NPN 트랜지스터(Q17)가 오프되어야 정전류 공급부(40)의 구동이 중단되므로 NPN 트랜지스터(Q8)의 이미터와 저항(R2) 사이에는 더 이상 정전류 공급부(40)의 출력전류가 공급되지 않는다.When the output voltage is inverted to the low level, the driving of the constant current supply unit 40 is stopped only when the NPN transistor Q17 is turned off. Output current is not supplied.
따라서, NPN 트랜지스터(Q9)의 베이스에도 계속 충분한 전류가 흐를 수 있어 출력전압도 로우레벨로 계속 유지된다.Therefore, sufficient current can continue to flow through the base of the NPN transistor Q9, so that the output voltage is kept at a low level.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압비교기는 제3도에 도시된 바와 같이 기준전압(Vref)보다 높은 입력전압(Vin)에서 출력전압이 로우레벨에서 하이레벨로 반전되고, 기준전압(Vref) 보다 낮은 입력전압(Vin)에서 출력전압이 하이 레벨에서 로우 레벨로 반전되는 히스테리시스 특징을 가진다.As a result, the voltage comparator according to the embodiment of the present invention inverts the output voltage from the low level to the high level at the input voltage Vin higher than the reference voltage Vref, as shown in FIG. At the input voltage Vin lower than Vref, the output voltage is inverted from the high level to the low level.
아울러, PNP 트랜지스터(Q18)의 컬렉터 전류값과 저항(R2)의 저항값을 곱한 값이 히스테리시스 전압이 되므로 제3도에 도시된 히스테리시스 전압의 2개 포인터값은 설계자가 PNP 트랜지스터(Q18)의 컬렉터 전류값 즉, 정전류 공급부(40)의 출력전류값 조정을 통해 정밀하고 용이하게 조정할 수 있다.In addition, since the value obtained by multiplying the collector current value of the PNP transistor Q18 by the resistance value of the resistor R2 becomes the hysteresis voltage, two pointer values of the hysteresis voltage shown in FIG. 3 are set by the designer. By adjusting the current value, that is, the output current value of the constant current supply unit 40, it can be precisely and easily adjusted.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명은 히스테리시스 전압의 설정시 트랜지스터의 포화 전압 관계를 고려할 필요없이 정전류값(정전류 공급부의 출력전류값)의 조정을 통해 히스테리시스 전압을 정확하게 설정할 수 있기 때문에 동작 특성이 안정되는 효과가 있다.As described above, in the present invention, the hysteresis voltage can be accurately set by adjusting the constant current value (output current value of the constant current supply unit) without considering the saturation voltage relationship of the transistor when the hysteresis voltage is set, so that the operating characteristics are stable. It works.
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Payment date: 20070418 Year of fee payment: 9 |
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