KR100332624B1 - 기준전압 발생회로 - Google Patents

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Abstract

개시된 기준전압 발생회로는 정전압용 집적소자 등과 같이 정전압을 발생하는 정전압 회로에서 기준 전압원으로 사용되는 것으로 온도의 변화에 관계없이 항상 일정한 레벨의 기준전압을 발생한다.
온도의 변화에 따라 상호간에 일정한 폭의 레벨 차를 가지고 가변되는 2개의 온도변화 전압을 발생하는 온도변화 전압 발생부; 및 상기 온도변화 전압 발생부가 발생하는 2개의 온도변화 전압을 차동 증폭하여 온도 변화에 관계없는 일정 레벨의 기준전압을 발생하는 차동 증폭부를 구비하고, 온도변화 전압 발생부는; 정전류를 공급하는 정전류원; 상기 정전류원이 공급하는 정전류에 따라 동작하여 온도의 변화에 따라 상호간에 일정한 폭의 레벨 차를 가지고 가변되는 2개의 온도변화 전압을 출력하는 출력부; 및 상기 출력부에서 접지로 항상 일정한 전류가 흐르도록 하는 전류 싱크부를 구비한다.

Description

기준전압 발생회로{A generating circuit of reference voltage}
본 발명은 정전압용 집적소자 등과 같이 정전압을 발생하는 정전압 회로에서 기준 전압원으로 사용되는 기준전압 발생회로에 관한 것으로, 특히 온도의 변화에 관계없이 항상 일정한 레벨의 기준전압을 발생하는 기준전압 발생회로에 관한 것이다.
일반적으로 정전압 회로는 소정 레벨의 기준 전압을 정확하게 발생하기 위하여 기준전압 발생회로를 구비하고, 이 기준전압 발생회로의 출력 전압을 기준으로 하여 소정 레벨의 정전압을 발생하고 있다.
이러한 기준전압 발생회로는 주위 온도의 변화에 무관하게 일정한 레벨의 기준전압을 발생할 수 있도록 하기 위하여 통상적으로 밴드 갭(band gap) 기준전압 발생회로를 많이 사용하고 있다.
상기 밴드 갭 기준전압 발생회로는 양의 온도 계수를 가지는 두 개의 트랜지스터의 베이스와 에미터의 전압 차와, 음의 온도 계수를 가지는 트랜지스터의 베이스와 에미터 사이의 전압과의 합으로 구성하여 기준전압 발생회로의 출력전압의 온도 변화를 보상하고, 온도 계수를 줄여 일정한 레벨의 기준전압을 발생하는 것이다.
도 1은 종래의 밴드 갭 기준전압 발생회로의 일 예를 보인 회로도이다.
이에 도시된 바와 같이 전원(B+)이 정전류원(Iref)을 통하고, 저항(R1)을 다시 통해 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와, 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스에 공통 접속되어 트랜지스터(Q1)의 에미터가 접지되고, 트랜지스터(Q2)의 에미터가 저항(R2)을 통해 접지된다.
그리고 상기 정전류원(Iref)이 저항(R3)을 통해 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 및 트랜지스터(Q3)의 베이스에 접속되어 트랜지스터(Q3)의 에미터가 접지되고, 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 상기 정전류원(Iref) 및 저항(R1, R3)의 접속점에 접속되어 그 접속점에서 기준전압이 출력되게 구성된다.
이러한 구성을 가지는 종래의 밴드 갭 기준전압 발생회로는 트랜지스터(Q2)의 베이스와 에미터의 접합 면적이 트랜지스터(Q1)의 베이스와 에미터의 접합 면적보다 N배로 크게 설정되는 것으로서 저항(R2)의 양단에 걸리는 전압은 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스와 에미터 전압 사이의 전압 차가 되어 다음의 수학식 1과 같이 되고, 저항(R2)으로 흐르는 전류 ICQ2는 다음의 수학식 2와 같이 된다.
여기서, △VBE는 저항(R2)의 양단에 걸리는 전압이고, VBEQ1및 VBEQ2는 각기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 베이스와 에미터 사이의 전압이며, VT는 열전압이며, ln은 자연 로그이며, IC1및 IC2는 각기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 콜렉터 전류이며, IS1및 IS2는 각기 트랜지스터(Q1)(Q2)의 포화 전류이다.
상기 저항(R2)으로 흐르는 전류(ICQ2)는 트랜지스터(Q2)의 베이스 전류를 무시할 경우에 저항(R3)에도 동일하게 흐르므로 저항(R3)의 양단에 걸리는 전압은 (R3/R2)ㆍ△VBE가 된다.
따라서, 기준전압 발생회로에서 출력되는 기준전압은 다음의 수학식 3과 같이 트랜지스터(Q3)의 베이스와 에미터 사이의 전압과 저항(R3)의 양단에 걸리는 전압의 합이 된다.
여기서, VREF는 출력되는 기준전압이고, VBEQ3은 트랜지스터(Q3)의 베이스와 에미터 사이의 전압이다.
상기 수학식 3을 통해 기준전압 VREF의 온도계수는 음의 온도계수를 가지는 전압 VBEQ3과 양의 온도계수를 가지는 △VBE에 의해 결정되는 것으로서 저항(R2)(R3)의 값을 조정함으로써 기준전압 VREF의 온도계수를 '0'으로 설정한다.
그러나 상기한 종래의 기술은 이론적으로 기준전압 VREF의 온도계수를 '0'으로 설정할 수 있으나, 실제의 회로 동작에 있어서는 베이스와 에미터 사이의 전압의 온도 특성이 비선형적인 음의 온도계수를 가지므로 기준전압 VREF은 온도의 변화에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 가변되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 선형적인 온도계수를 가지는 2개의 트랜지스터의 베이스와 에미터의 전압 차를 이용하여 온도에 대한 기준전압의 변동을 제거하는 기준전압 발생회로를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기준전압 발생회로에 따르면, 온도의 변화에 따라 상호간에 일정한 폭의 레벨 차를 가지고 가변되는 2개의 온도변화 전압을 발생하는 온도변화 전압 발생부; 및 상기 온도변화 전압 발생부가 발생하는 2개의 온도변화 전압을 차동 증폭하여 온도 변화에 관계없는 일정 레벨의 기준전압을 발생하는 차동 증폭부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 온도변화 전압 발생부는; 정전류를 공급하는 정전류원; 상기 정전류원이 공급하는 정전류에 따라 동작하여 온도의 변화에 따라 상호간에 일정한 폭의 레벨 차를 가지고 가변되는 2개의 온도변화 전압을 출력하는 출력부; 및 상기 출력부에서 접지로 항상 일정한 전류가 흐르도록 하는 전류 싱크부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 밴드 갭 기준전압 발생회로의 일 예를 보인 회로도이고,
도 2는 종래의 밴드 갭 기준전압 발생회로에서 온도 변화에 대한 출력전압 특성을 보인 파형도이며,
도 3은 본 발명의 기준전압 발생회로의 실시 예를 보인 회로도이며,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 기준전압 발생회로에서 온도변화 전압 발생부에서 출력되는 온도변화 전압 및 출력 기준전압을 보인 파형도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 온도변화 전압 발생부 11 : 정전류원
13 : 출력부 15 : 전류 싱크부
20 : 차동 증폭부 Q11∼Q15 : 제 1 내지 제 5 트랜지스터
R11, R12 : 제 1 및 제 2 저항
이하 첨부된 도 3 및 도 4의 도면을 참조하여 본 발명의 기준전압 발생회로를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 기준전압 발생회로의 실시 예를 보인 회로도이다.
이에 도시된 바와 같이 본 발명의 기준전압 발생회로는 온도의 변화에 따라 상호간에 일정한 폭의 레벨 차를 가지고 가변되는 2개의 온도변화 전압을 발생하는 온도변화 전압 발생부(10)와, 상기 온도변화 전압 발생부(10)가 발생하는 2개의 온도변화 전압을 차동 증폭하여 온도 변화에 관계없는 일정 레벨의 기준전압을 발생하는 저항(R13∼R16) 및 연산 증폭기(OP)로 이루어진 차동 증폭부(20)로 구성된다.
상기 온도변화 전압 발생부(10)는, 정전류를 공급하는 트랜지스터(Q10∼Q12)로 이루어진 정전류원(11)과, 상기 정전류원(11)이 공급하는 정전류에 따라 동작하여 온도의 변화에 따라 상호간에 일정한 폭의 레벨 차를 가지고 가변되는 2개의 온도변화 전압을 출력하는 트랜지스터(Q13, Q14) 및 저항(R11. R12)으로 이루어진 출력부(13)와, 상기 출력부(13)에서 접지로 항상 일정한 전류가 흐르도록 하는 트랜지스터(Q15, Q16)로 이루어진 전류 싱크부(15)를 구비한다.
상기에서 트랜지스터(Q14)의 베이스와 에미터의 접합 면적은 트랜지스터(Q13)의 베이스와 에미터의 접합 면적보다 N배로 크게 설정된다.
도 3의 도면 설명중 미설명 부호 B1+ 및 B2+는 전원이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 기준전압 발생회로는 전원(B1+, B2+)이 인가된 상태에서 온도변화 전압 발생부(10)의 정전류원(11)은 트랜지스터(Q10, Q11)가 전류 미러로 구성되어 베이스가 상호간에 공통으로 연결된 상태로서 트랜지스터(Q11)(Q10)는 각기 트랜지스터(Q13)(Q14)의 콜렉터로 동일한 레벨의 전류를 공급 즉, 정전류원(11)은 출력부(13)의 트랜지스터(Q13)(Q14)로 정전류를 공급하게 된다.
그리고 정전류원(11)의 트랜지스터(Q12)는 트랜지스터(Q10)가 베이스 및 콜렉터가 연결된 상태 즉, 다이오드로 연결되어 트랜지스터(Q11)(Q10)의 베이스 전류 차를 보상하게 된다.
즉, 출력부(13)의 트랜지스터(Q13)(Q14)의 콜렉터로 동일한 전류가 흘러야 되는데 트랜지스터(Q11)(Q10)의 베이스 전류 차에 의해 트랜지스터(Q11)(Q10)의 콜렉터 전류에도 차이가 발생하게 되므로 트랜지스터(Q12)의 베이스 전류를 트랜지스터(Q11)의 콜렉터로 공급하여 전류 차를 보상한다.
상기 출력부(13)는, 트랜지스터(Q14)의 베이스와 에미터의 접합 면적은 트랜지스터(Q13)의 베이스와 에미터의 접합 면적보다 N배로 크게 설정되고, 저항(R12)의 양단에 걸리는 전압은 트랜지스터(Q13)의 VBEQ13과 VBEQ14의 차 전압이 되며, 이는 두 개의 트랜지스터의 베이스와 에미터의 전압 차가 되어 다음의 수학식 4와 같이 되고, 저항(R11)(R12)으로 흐르는 전류는 다음의 수학식 5와 같이 된다.
트랜지스터(Q13)(Q14)의 전압은 트랜지스터(Q13)(Q14)의 베이스 전류를 무시하였을 경우에 △VBE로 인하여 온도 변화에 따라 양의 계수를 가지며, 도 4에 도시된 바와 같이 온도에 따라 기울기는 같고, 전압 축의 절편 값은 상이한 특성을 가지게 된다.
상기 전류 싱크부(15)는 트랜지스터(Q15)(Q16)는 전류 미러로 구성되어 베이스가 공통으로 연결된 상태로서 동일한 레벨의 베이스 및 에미터 사이의 전압을 가지게 되므로 트랜지스터(Q15)(Q16)의 콜렉터에는 동일한 레벨의 콜렉터 전류가 흐르게 된다.
그리고 트랜지스터(Q13)(Q14)로 흐르는 전류는 트랜지스터(Q15)로 흘러 항상 일정한 레벨의 전류가 흐르도록 한다.
즉, 상기 정전류원(11)이 출력부(11)로 일정한 레벨의 전류를 공급하고, 전류 싱크부(15)는 출력부(13)에서 항상 일정한 레벨의 전류가 빠지도록 동작하게 된다.
또한 전원(B1+)에서 저항(R11)(Q12)을 통해 흐르는 전류가 트랜지스터(Q13, Q14)의 베이스로 흐르지 못하므로 이 전류가 트랜지스터(Q16)를 통해 흐르게 된다.
이와 같이 온도변화 전압 발생부(10)의 출력부(13)에서 출력되는 전압 즉, 온도에 따라 기울기는 같고, 전압 축의 절편 값은 상이한 특성을 가지는 2개의 전압은 차동 증폭부(20)의 저항(R13, R14)을 통해 연산 증폭기(OP)에 입력되어 차동 증폭되어 차동 증폭부(20)는 도 4b에 도시된 바와 같이 온도의 변화에 관계없이 레벨이 일정한 기준전압을 발생하게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 온도의 변화에 따라 기울기는 같고, 전압 축의 절편 값은 상이한 특성을 가지는 2개의 전압을 발생하고, 이 두 개의 전압을 차동 증폭하여 기준전압을 발생하는 것으로서 온도의 변화에 관계없이 항상 일정한 레벨의 기준전압을 발생할 수 있고, 이로 인하여 본 발명의 기준전압 발생회로를 사용하는 정전압 회로는 항상 일정한 레벨의 정전압을 발생할 수 있다.

Claims (4)

  1. (삭제)
  2. (정정) 정전류를 공급하는 정전류원;
    상기 정전류원이 공급하는 정전류에 따라 동작하여 온도의 변화에 따라 상호간에 일정한 폭의 레벨 차를 가지고 가변되는 2개의 온도변화 전압을 출력하는 출력부; 및
    상기 출력부에서 접지로 항상 일정한 전류가 흐르도록 하는 전류 싱크부;
    상기 출력부로부터 출력되는 2개의 온도변화 전압을 차동 증폭하여 온도 변화에 관계없는 일정 레벨의 기준전압을 발생하는 차동 증폭부로 구성됨을 특징으로 하는 기준전압 발생회로.
  3. (정정) 제 2 항에 있어서, 상기 정전류원은;
    전류 미러로 이루어진 제 1 및 제 2 트랜지스터; 및
    상기 제 1 트랜지스터의 베이스 및 콜렉터가 연결되어 다이오드로 동작할 때 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 베이스 전류 차를 보상하는 제 3 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기준전압 발생회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 출력부는;
    콜렉터가 상기 정전류원이 접속되고 에미터가 상기 전류 싱크부를 통해 접지되는 제 4 및 제 5 트랜지스터;
    상기 제 4 및 제 5 트랜지스터의 베이스 사이에 구비되는 제 2 저항; 및
    상기 제 4 트랜지스터 및 저항의 접속점과 전원의 사이에 연결되는 제 1 저항이 구비되어, 상기 제 4 및 제 5 트랜지스터의 베이스에서 상호간에 온도의 변화에 따라 기울기는 같고 전압 축의 절편 값은 상이한 특성을 가지는 온도변화 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 기준전압 발생회로.
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