KR100982623B1

KR100982623B1 - 온도 검출 회로

Info

Publication number: KR100982623B1
Application number: KR1020080083859A
Authority: KR
Inventors: 무쯔끼 니끼; 게이지로 우에끼
Original assignee: 산요 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드; 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-09-15
Also published as: KR20090023190A; JP2009053069A; CN101398333B; CN101398333A

Abstract

소자 변동의 영향을 받기 어려운 온도 보상 회로를 얻는다. 다이오드 접속 트랜지스터 Q1, Q2와, 저항 R1, R2의 직렬 접속을 그 순서를 반대로 하여 2조 준비하고, 이들에 전원으로부터의 전류를 흘린다. 이에 의해 각 조의 다이오드 접속 트랜지스터 Q1, Q2와 저항 R1, R2의 접속점으로부터 온도에 의존하는 전압 V1, V2를 취출한다. 그리고, 취출한 전압 V1과 V2의 차를 트랜지스터 Q7, Q8, 저항 R4를 포함하는 차동 앰프에 의해 증폭하여, 전압 V1과 V2의 차에 따른 전류로서 한 방향의 출력 전류 I3을 얻는다.

다이오드, 트랜지스터, 온도 검출 회로, 차동 앰프, 멀티 바이브레이터

Description

온도 검출 회로 {TEMPERATURE DETECTION CIRCUIT}

본 발명은, 온도 변화에 따른 전류 출력을 얻는 온도 검출 회로에 관한 것이다.

FM 변조기나, FM 복조기 등에 있어서, 멀티 바이브레이터를 이용한 것이 있으며, 그 발진 주파수를 적절한 것으로 유지하고자 하는 요구가 있다. 이러한 멀티 바이브레이터로서, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 2개의 스위칭 트랜지스터의 에미터간에 충방전용의 컨덴서를 접속함과 함께, 양쪽 스위칭 트랜지스터의 에미터를 전류원에 접속하는 에미터 결합형 멀티 바이브레이터가 알려져 있다.

이러한 멀티 바이브레이터의 발진 주파수는, F0=I/4CV로 표현된다. 여기에서, F0은 프리런 주파수, I는 컨덴서의 구동 전류, C는 컨덴서의 용량, V는 컨덴서의 양단 전압이다.

따라서, 온도 변화에 대하여, 발진 주파수가 변화하지 않는 플랫한 특성을 얻기 위해서는, V 및 I의 온도 특성을 플랫하게 할 필요가 있다.

온도 특성이 플랫한 전압을 얻는 정전압 발생 회로로서는, 밴드갭 회로가 알려져 있다. 한편, 온도 특성이 플랫한 전류를 얻기 위해서는, 저항의 온도 특성을 없애도록 하는 온도 특성을 가진 전압을 트랜지스터와 저항에 의해 발생시키고, 이것을 저항의 양단에 인가하고 있다.

그러나, 트랜지스터의 온도 특성은 선형인 것에 대하여, 저항의 온도 특성은 비선형이다. 따라서, 온도 특성이 플랫한 전류를 만들어 내는 것은 곤란하며, 통상의 멀티 바이브레이터의 F0의 온도 특성은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 임의의 온도에서 주파수가 가장 높고, 양측에서 주파수가 낮아지는, 온도에 대하여 활형의 특성으로 되어 있었다.

이러한 발진 주파수의 온도 특성을 플랫하게 하기 위해서는, 온도 검출 회로에서 온도를 검출하고, 전술한 수학식의 V 또는 I를 보정하는 것이 생각된다.

특허 문헌 2에서는, V에 온도 특성을 갖게 함으로써, 발진 주파수의 온도 특성을 개선하고 있다. 또한, 특허 문헌 3에는 다이오드와 저항을 이용한 온도 검출 회로가 개시되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 쇼와 59-30337호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 8-21839호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 2004-71864호 공보

전술한 회로에서는, 온도 검출 회로에 의해 검출한 온도에 따라서 멀티 바이브레이터의 V의 절대값을 변경하고 있다. 따라서, 제조상의 변동의 영향을 받기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 다이오드 접속 트랜지스터와 저항의 직렬 접속을 그 순서를 반대로 하여 2조 준비하고, 이들에 전원으로부터의 전류를 흘림으로써, 각 조의 다이오드 접속 트랜지스터와 저항의 접속점으로부터 온도에 의존하는 전압 V1과, V2를 취출하고, 취출한 전압 V1과 V2의 차를 차동 앰프에 의해 증폭하여, 전압 V1과 V2의 차에 따른 전류로서 한 방향의 전류 출력을 얻는 것을 특징으로 한다.

또한, 전압 V1과 V2의 차를 증폭하는 차동 앰프로서, V1과 V2의 차에 따른 한 방향의 전류 출력을 얻는 것과, V2와 V1의 차에 따른 한 방향의 전류를 얻는 것의 2개를 설치하고, 양쪽 차동 앰프의 전류 출력을 더함으로써, 소정 온도로부터 증가한 경우 및 감소한 경우에 한 방향으로 흐르는 전류를 얻는 것이 바람직하다.

또한, 출력 전류를 멀티 바이브레이터에 대하여, 그 발진 주파수를 보정하기 위한 온도 보상용 전류로서 공급하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에서는, 온도 검출의 결과인 전압 V1, V2의 차를 차동 앰프에 의해 증폭하여 전류로 출력하고 있다. 따라서, 전압의 절대값의 변동을 차동 앰프로 해소하고 있어, 제조상의 변동의 영향을 받기 어렵다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면에 기초하여 설명한다.

도 2는, 실시 형태의 구성을 도시하는 회로도이다. 밴드갭 회로 등으로 구성되고, 온도 특성이 배제된 기준 전압 Vref를 발생하는 기준 전원 Vref는, 다이오 드 접속(콜렉터 베이스간 접속)된 NPN 트랜지스터 Q1의 콜렉터에 접속된다. 이 트랜지스터 Q1의 에미터에는, 저항 R1의 일단이 접속되어 있다. 또한, 기준 전원 Vref는, 저항 R2의 일단에도 접속되고, 저항 R2의 타단이 다이오드 접속된 NPN 트랜지스터 Q2의 콜렉터에 접속되어 있다. 또한, 저항 R1과 저항 R2의 저항값은 예를 들면 동일하게 한다. 또한, 기준 전압 Vref는, 온도 특성이 배제된 전압에 한정되는 것은 아니다.

저항 R1의 타단 및 트랜지스터 Q2의 에미터는, 저항 R3의 일단에 공통 접속되어 있다. 저항 R3의 타단은, 다이오드 접속된 NPN 트랜지스터 Q3의 콜렉터에 접속되고, 트랜지스터 Q3의 에미터가, 그라운드에 접속되어 있다.

이와 같이, 트랜지스터 Q1과, 저항 R2의 상류측은, 온도에 의해 변화하지 않는 전압 Vref로 된다. 그리고, 트랜지스터 Q1과 저항 R1의 접속점에는, 이들 저항값에 따른 전압 V1이 발생하고, 저항 R2와 트랜지스터 Q2의 접속점에는, 이들 저항값에 따른 전압 V2가 발생한다. 이와 같이, 전압 V1은, 트랜지스터 Q1에서의 전압 강하에 따른 전압이지만, 전압 V2는 저항 R2의 전압 강하에 따른 전압이다. 따라서, 저항과 트랜지스터의 온도 특성에 따라서 V1 및 V2가 변화하고, 이들의 차 (V1-V2)가 온도에 따른 변화하는 전압으로 된다.

또한, 그라운드에 정전류 I0을 흘리는 정전류원 I0에는, 다이오드 접속된 PNP 트랜지스터 Q4의 콜렉터가 접속되어 있다. 이 트랜지스터 Q4의 에미터는, 저항을 통하여 전원 전압 Vcc를 발생하는 전원 Vcc에 접속되어 있다. 따라서, 트랜지스터 Q4에는 전류 I0이 흐른다. 트랜지스터 Q4의 베이스에는, PNP 트랜지스터 Q5, Q6의 베이스가 공통 접속되어 있고, 이들 트랜지스터 Q5, Q6도 그 에미터가 저항을 통하여 전원 Vcc에 접속되어 있다. 따라서, 트랜지스터 Q4와, 트랜지스터 Q5, Q6은 커런트 미러를 구성하고 있고, 에미터 면적을 동일하게 하면, 기본적인 동일한 전류 I0을 흘린다.

트랜지스터 Q5의 콜렉터는 PNP 트랜지스터 Q7의 에미터에 접속되고, 이 트랜지스터 Q7의 베이스에는, 트랜지스터 Q1과 저항 R1의 접속점이 접속되며, 따라서, 트랜지스터 Q7의 베이스에는 V1이 공급된다.

트랜지스터 Q6의 콜렉터는 PNP 트랜지스터 Q8의 에미터에 접속되고, 이 트랜지스터 Q8의 베이스에는, 저항 R2와 트랜지스터 Q2 접속점이 접속되며, 따라서, 트랜지스터 Q8의 베이스에는 V2가 공급된다. 또한, 트랜지스터 Q5와, 트랜지스터 Q6의 콜렉터간은, 저항 R4로 접속되어 있다.

트랜지스터 Q8의 콜렉터는, 다이오드 접속한 NPN 트랜지스터 Q9의 콜렉터가 접속되어 있고, 이 트랜지스터 Q9의 에미터는 저항 R5를 통하여 그라운드에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터 Q9의 베이스에는, NPN 트랜지스터 Q10의 베이스가 접속되어 있고, 이 트랜지스터 Q10의 에미터는 저항 R6을 통하여 그라운드에 접속됨과 함께, 여기에는 트랜지스터 Q7의 콜렉터가 접속되어 있다. 그리고, 트랜지스터 Q10의 콜렉터가 출력단에 접속되어 있다.

여기에서, 트랜지스터 Q7, Q8에 흐르는 전류를 각각 I1, I2, 트랜지스터 Q10에 흐르는 전류, 즉 출력단에 흐르는 전류를 I3으로 한다.

V1과 V2가 동등한 경우, I1=I2이며, 트랜지스터 Q9, 저항 R5에는, I2가 흐른 다. 한편, 저항 R6에는, I1이 흐르지만, I1=I2이며, 트랜지스터 Q10의 에미터와 트랜지스터 Q9의 전압을 동일하게 하기 위해서는, 트랜지스터 Q10에 흐르는 전류 I3=0으로 된다.

온도 변화에 의해, V1과, V2에 차가 생겨 V2의 쪽이 전압이 높아지면, 트랜지스터 Q8에 흐르는 전류 I2가 트랜지스터 Q7에 흐르는 전류 I1에 비하여 커진다. 따라서, 저항 R4를 통하여, 전류가 트랜지스터 Q5로부터 트랜지스터 Q8을 향하여 흐른다. 트랜지스터 Q9에는 전류 I2가 흐르고, 이것이 저항 R5에도 흐른다. 한편, 트랜지스터 Q10의 하류측의 저항 R6에는, 전류 I1 및 트랜지스터 Q10에 흐르는 전류 I3이 흐른다. 저항 R5와 저항 R6의 저항값이 동일하면, 저항 R5와 저항 R6에 흐르는 전류는 동일해야만 한다. 따라서, I2=I1+I3으로 되고, I2-I1=I3의 전류가 출력단으로부터 인입되게 된다. 이 출력 전류 I3은, 저항 R4에 흐르는 전류이며, R4×I3=V2-V1로 되고, 전압 V1과 V2의 차에 따른 전류가 출력단에 얻어진다.

또한, V1의 쪽이 V2보다 높아지려고 한 경우에는, 트랜지스터 Q10의 에미터의 전압이 트랜지스터 Q9의 에미터에 비하여 높아져, 트랜지스터 Q10이 오프하고, 출력 전류는 0인 채이다.

여기에서, 저항과 트랜지스터의 온도 특성에 대하여 설명한다. 저항 R의 온도 계수를 α[%/°C], 27°에서의 저항값을 R', 온도를 T로 하면, 저항값 R은, 다음과 같이 표현된다.

R=R'+(T-27)×R'/100

트랜지스터의 베이스 에미터간 전압 VBE의 온도 계수 TC[V/°C], 27°에서의 VBE를 VBE'로 하면, 다음과 같이 표현된다.

VBE=VBE'+(T-27)TC

저항, 트랜지스터의 온도 계수는 프로세스에 따라 서로 다르지만, 예를 들면 NPN 트랜지스터에 대하여, TC=-2[mV]/°C, 고저항의 저항에 대하여, α=0.15+[%/°C]로 된다.

이와 같이, 저항의 온도 계수 α는, 온도에 대하여 플러스이며, 온도가 높아지면 저항값은 커진다. 한편, 트랜지스터의 VBE의 온도 계수 TC는, 온도에 대하여 마이너스이며, 온도가 높아지면 트랜지스터의 VBE는 작아진다.

따라서, 도 2의 회로에서, Vref가 온도에 의존하지 않는 전압이면, V1은 온도가 높아짐에 따라서 상승하고, V2는 온도가 높아짐에 따라서 저하한다. 이 때문에, 도 2의 회로에서는, 온도가 상승하였을 때에, V1이 상승하며, 따라서 I2가 I1에 비하여 커지고, I3=I2-I1의 출력 전류가 얻어진다. 전술한 바와 같이, V1-V2=R4×I3이며, 저항 R4의 저항값을 조정함으로써, V1-V2에 대한 I3의 크기를 조정할 수 있고, 온도 상승에 대한 출력 전류 I3의 크기를 조정할 수 있다.

또한, 저항 R3의 저항값을 변경함으로써, 저항 R1, R2에 흐르는 전류 I를 조정할 수 있다. 트랜지스터 Q1, Q2의 특성이 동일하고, 저항 R1, R2의 특성도 동일하면, 저항 R3에 흐르는 전류 2I가 트랜지스터 저항 R1, R2에 흐른다.

여기에서, V1은, 트랜지스터 Q1의 VBE에 의해 결정된다(Vref-VBE1(트랜지스터 Q1의 VBE)). 한편, V2는, Vref-R2×I이며, 전류 I에 의해 변화한다. 따라서, 저항 R3의 저항값을 조정함으로써, 전류 I를 변경하여, 온도가 상승하고, V1이 V2 에 비하여 커지는 온도(보정 개시 온도)를 조정할 수 있다.

도 3에는, 다른 실시 형태가 도시되어 있다. 이 예에서는, 도 1에 나타낸 온도 특성에 대응하기 위해서, 온도가 저하한 경우에도 온도 보상 전류를 출력할 수 있다.

도 3에서는, 트랜지스터 Q4의 베이스에는, PNP 트랜지스터 Q11, Q12의 베이스도 접속되어 있고, 이들 트랜지스터 Q11, Q12도 저항을 통하여 전원 Vcc에 접속되어 있기 때문에, 트랜지스터 Q4와 커런트 미러를 구성한다.

트랜지스터 Q11의 콜렉터는 PNP 트랜지스터 Q13의 에미터에 접속되고, 이 트랜지스터 Q13의 베이스에는, V1이 공급된다.

트랜지스터 Q12의 콜렉터는 PNP 트랜지스터 Q14의 에미터에 접속되고, 이 트랜지스터 Q14의 베이스에는, V2가 공급된다. 또한, 트랜지스터 Q11과, 트랜지스터 Q12의 콜렉터간은, 저항 R7로 접속되어 있다.

트랜지스터 Q13의 콜렉터는, 다이오드 접속한 NPN 트랜지스터 Q15의 콜렉터가 접속되어 있고, 이 트랜지스터 Q15의 에미터는 저항 R8을 통하여 그라운드에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터 Q15의 베이스에는, NPN 트랜지스터 Q16의 베이스가 접속되어 있고, 이 트랜지스터 Q16의 에미터는 저항 R9를 통하여 그라운드에 접속됨과 함께, 여기에는 트랜지스터 Q14의 콜렉터가 접속되어 있다. 그리고, 트랜지스터 Q16의 콜렉터가 트랜지스터 Q10의 콜렉터와 함께 출력단에 접속되어 있다.

상기 회로에서, V2가 V1에 비하여 커지면, 트랜지스터 Q13에 트랜지스터 Q14보다 큰 전류가 흐르고, 트랜지스터(12)에 흐르는 전류의 일부가 저항 R7을 통하여 트랜지스터 Q13에 흐른다. 따라서, 이 저항 R7에 흐르는 전류 I4가 트랜지스터 Q16에 흐른다. 즉, 온도가 낮은 경우에 V2-V1에 따른 전류 I4가 출력단으로부터 흐른다.

그리고, 출력단에는, Ic=I3+I4가 흐르기 때문에, 온도가 보상 개시 온도보다 높은 경우에 I3, 온도가 보상 개시 온도보다 낮은 경우에 I4가 흐르고, 설정 온도보다 높은 경우 및 낮은 경우의 양방에서, 그 온도차에 따라서 출력단으로부터 인입하는 전류가 얻어진다.

여기에서, 도 2의 경우와 마찬가지로 저항 R4의 저항값을 조정함으로써, 온도 상승시의 출력 전류의 증가의 특성을 변경할 수 있다. 또한, 저항 R7의 저항값의 조정에 의해, 온도 저하시의 출력 전류의 증가의 특성을 변경할 수 있다. 또한, 저항 R3의 저항값의 조정에 의해, V1과 V2가 일치하는 온도를 변경할 수 있고, 보정 개시 온도를 변경할 수 있다.

도 4에는, 온도 변화에 대한 V1, V2의 변화의 예와, 출력 전류 Ic의 변화의 예를 나타내고 있다. 도면에서는, 저항 R3을 1개의 값으로 설정한 경우의 특성을 실선으로 나타내고 있고, 저항 R3의 저항값을 작게 하여, V2를 상대적으로 감소하였을 때의 예를 점선으로 나타내고 있다. 이와 같이, 저항 R3을 변경함으로써, V1과 V2가 교차하는 점(보정 개시점)을 변경할 수 있다.

또한, 회로에 따라, 출력 전류로서 토출 전류를 원하는 경우도 있다. 이 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같은 구성을 출력단의 앞에 배치하면 된다. 즉, 트랜지스터 Q10(및 트랜지스터 Q16)의 콜렉터를 PNP 트랜지스터 Q16의 콜렉터에 접속한 다. 트랜지스터 Q16은, 에미터를 전원 Vcc에 접속하고, 베이스 콜렉터간을 접속한다. 트랜지스터 Q16의 베이스에는, 에미터가 전원 Vcc에 접속된 PNP 트랜지스터 Q17의 베이스를 접속한다. 그리고, 트랜지스터 Q17의 콜렉터를 출력단에 접속한다. 이에 의해, 트랜지스터 Q16과 트랜지스터 Q17은 커런트 미러로서 기능하고, 트랜지스터 Q16에 흐르는 인입 전류 Ic와 동일한 전류 Ic가 트랜지스터 Q17로부터 출력단에 토출된다.

도 6은, 멀티 바이브레이터(10)에 본 실시 형태의 회로를 적용하는 경우의 구성을 도시하고 있다. 멀티 바이브레이터(10)에는, 그 프리런 주파수를 좌우하는 컨덴서 구동 전류를 결정하기 위한 정전류원으로서 기능하는 트랜지스터(20)가 설치되어 있다. 본 실시 형태의 출력단을 이 트랜지스터(20)와 멀티 바이브레이터(10) 사이에 접속한다. 이에 의해, 멀티 바이브레이터의 컨덴서 구동 전류는, 트랜지스터 Q20에 흐르는 전류에 출력 전류 Ic가 가해진 전류로 되고, 멀티 바이브레이터(10)의 발진 주파수가 출력 전류 Ic에 의해 조정되며, 발진 주파수의 온도 특성이 수정된다. 또한, 트랜지스터 Q20은, 간단히 예시적으로 기재한 것이며, 각종 정전류원을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태의 출력 전류인 온도 보상을 위한 전류 Ic는, 각종 온도 보상에 이용하는 것이 가능하다.

본 실시 형태에서는, V1과 V2의 차를, 트랜지스터 Q7, Q8, 저항 R4를 포함하는 차동 앰프에 의해 취출한다. 따라서, V1, V2의 절대값의 영향을 받지 않는 출력 전류 I3(Ic)을 얻을 수 있다. 이 때문에, 소자의 변동 등에 의해, 전압의 절대값이 변동되어도, 그 영향을 감소할 수 있다.

도 1은 발진 주파수의 온도 특성의 예를 도시하는 도면.

도 2는 실시 형태의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 다른 실시 형태의 구성을 도시하는 도면.

도 4는 온도에 의한 V1, V2 및 출력 전류의 변화 및 저항 R3의 조정의 영향을 나타내는 도면.

도 5는 출력 전류의 방향을 반전하기 위한 구성을 도시하는 도면.

도 6은 멀티 바이브레이터의 전류 조정의 구성을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 멀티 바이브레이터

R1∼R9: 저항

Q1∼Q17, Q20: 트랜지스터

Claims

다이오드 접속 트랜지스터와 저항의 직렬 접속을 그 순서를 반대로 하여 2조 준비하고, 이들에 전원으로부터의 전류를 흘림으로써, 각 조의 다이오드 접속 트랜지스터와 저항의 접속점으로부터 온도에 의존하는 전압 V1과, V2를 취출하고,

취출한 전압 V1과 V2의 차를 차동 앰프에 의해 증폭하여, 전압 V1과 V2의 차에 따른 전류로서 한 방향의 전류 출력을 얻는 것을 특징으로 하는 온도 검출 회로.
제1항에 있어서,

전압 V1과 V2의 차를 증폭하는 차동 앰프로서, V1과 V2의 차에 따른 한 방향의 전류 출력을 얻는 것과, V2와 V1의 차에 따른 한 방향의 전류를 얻는 것의 2개를 설치하고, 양쪽 차동 앰프의 전류 출력을 더함으로써, 소정 온도로부터 증가한 경우 및 감소한 경우에 한 방향으로 흐르는 전류를 얻는 것을 특징으로 하는 온도 검출 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,

출력 전류를 멀티 바이브레이터에 대하여, 그 발진 주파수를 보정하기 위한 온도 보상용 전류로서 공급하는 것을 특징으로 하는 온도 검출 회로.