KR920005258B1 - 기준전압회로 - Google Patents

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KR920005258B1
KR920005258B1 KR1019870001263A KR870001263A KR920005258B1 KR 920005258 B1 KR920005258 B1 KR 920005258B1 KR 1019870001263 A KR1019870001263 A KR 1019870001263A KR 870001263 A KR870001263 A KR 870001263A KR 920005258 B1 KR920005258 B1 KR 920005258B1
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다다아키 가리야
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가부시키가이샤 히타치 세이사꾸쇼
미타 가츠시게
히타시엔지니어링 가부시키가이샤
야마자키 세이지
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Abstract

내용 없음.

Description

기준전압회로
제1도는 종래의 기준전압회로를 나타낸 회로도.
제2도는 본원 발명의 기준전압회로의 일실시예를 나타낸 회로도.
제3도 내지 제6도는 본원 발명의 기준전압회로의 각각 다른 실시예를 나타낸 회로도.
본원 발명은 기준전압회로에 관한 것이며, 특히 전원변동 및 트랜지스터의 전류증폭을 hFE의 변동에 대한기준 출력전압의 안정화에 적합한 기준전압회로에 관한 것이다. 종래 온도계수가 작고 안정된 기준 전압을 얻는 회로로서 밴드 갭 기준전압회로가 알력져 있고(일본국 쿄토나사 발간"집적회로 공학(2)"나가라 및 야나이 공저, 제23,24페이지 참조), 이것을 제1도에 나타낸다. 제1도에서, 이 기준전압회로는 트랜지스터(1)-(3), 저항(4)-(6) 및 정전류(定電流) 전원회로(7)로 구성되고, 저항(4),(6), 그리고 트랜지스터(1),(2)는 저항(5)에 흐르는 전류 I2를 결정하는 정전류 회로를 구성한다. 출력단자(100)의 출력전압 VO은 NPN 트랜지스터(3)의 베이스·에미터간 전위차(이하 VBE3이라 함)와 저항(5)의 양단 전압의 합이 되고, VBE3은 마이너스의 온도계수, 또 저항(5)의 양단 전압은 플러스의 온도계수를 갖기때문에 저항(5)을 적당하게 조정해서 전체의 온도계수가 0이 되도록 설계할 수 있다. 지금 저항(4)에 흐르는 전류를 I1, 저항(5)을 흐르는 전류를 I2로 하고, 저항(5) 및 저항(6)의 저항치를 각각 R5, R6로 하면, 출력전압 VO은 거의 다음 식으로 표시된다.
Figure kpo00001
식(1)에서, k는 볼츠만(Boltzmann)상수, q는 전자의 전하량을 나타낸다.
상기 종래 회로에서는, 제1도에 있어서의 NPN 트랜지스타(3)가 출력전압 안정화의 역할을 하고 있고, 전원변동(정전류 전원회로(7)의 출력진류 변동)이나 출력에 이어지는 부하의 변동 등에 의한 회로전류의 변동을 흡수하고 I1, I2등을 항상 일정하게 유지하도록 동작한다. 정전류 전원회로(7)의 출력전류 Icc는 저항(4)을 흐르는 전류 I1, 저항(5)를 흐르는 전류 I2, 그리고 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 전류 IC3를 합한것이다(전류 I2는 NPN 트랜지스터(2)의 코렉터 전류 I'2와 NPN 트랜지스터(3)의 베이스 전류 IB3를 합한것임). 출력전류 Icc의 변동에 관계없이 출력전압 Vo을 일정하게 유지하기 위하여 전류 I1나 전류 I'2는 일정하여야 한다. 따라서, 출력전류 ICC변동은 주로 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 전류 IC3에 반영되어야한다. 저항(4),(6)과 트랜지스터(1),(2)로 구성되어 있는 정전류 회로 NPN 트랜지스터(2)의 코렉터 전류 I'2보다 더 큰 전류영역에서 높은 임피던스를 가지며, 따라서 정전류 전원회로(7)에서 볼 때, 저항(5)과 NPN 트랜지스터(3)의 베이스·에미터는 직렬로 접속된 형태에 있다. 따라서, 출력전류 Icc의 변동은 NPN 트랜지스터(3)의 베이스 전류 IB3의 변동, 따라서 베이스 전류 IB3의 산물인 코렉터 전류 IC3와 전류증폭을 hFE의 변동을 일으킨다. 간단히 말해서, 정전류 전원회로(7)등의 변동은 NPN 트랜지스터(3)에 의해 흡수된다.
그러나, 실제로는 NPN 트랜지스터(3)의 전류증폭을 hFE(이하 단순히 hFE라 함)은 유한치를 가지며, 그 코렉터 전류가 변동하면 베이스 전류도 hFE에 따라서 변동한다. 저항(5)을 흐르는 전류 I2는 NPN 트랜지스터(2)의 코렉터 전류와 NPN 트랜지스터(3)의 베이스 전류와의 합이 되기 때문에, NPN 트랜지스터(3)의 베이스 전류가 변동하면 I2도 변동한다. I2가 변동하면 저항(5)의 양단 전압의 온도계수가 변동하고 출력전압 VO의 온도계수가 0이 아니고, 출력전압에도 영향을 미친다. I2의 변동치에 대한 일례를 다음에 나타낸다.
지금 저항(5)의 값을 6kΩ으로 하고, NPN 트랜지스터(3)의 hFE를 100, VBE3을 0.7V, 그리고 출력전압 VO을 1.2V로 가정했을 경우, I2는
Figure kpo00002
에서, I2≒833μA가 된다. 이때 예를들면 1mA의 전류변동이 가해지면 NPN 트랜지스(3)의 베이스 전류변동, 즉 I2의 변동 △I2는
Figure kpo00003
에서, △I2=10μA가 된다. 이 같은 저항(5)의 양단 전압으로 해서 6kΩ×10μA=60mV의 변동으로 되고, 출력전압 VO=1.2V에 대해서는 5%의 변동이 된다.
이상 전원변동 및 부하변동에 대한 출력변동에 대하여 설명 하였으나, 이것은 출력안정화용 NPN 트랜지스터(3)의 hFE카 유한(有限)인 것에서 비롯되는 것이다. 따라서 hFE가 변동한 경우도 상기와 같은 출력전압의 변동을 면치 못한다. 본원 발명의 목적은 전원변동, 부하변동과 트랜지스터의 hFE변동에 대한 출력전압변동을 저감한 한정된 기준전압회로를 제공하는데 있다. 본원 발명의 또 하나의 목적은 종래의 정전류 전원을 저안정화 직류전원으로 교체함으로써 배열이 간소화될 기준전압회로를 제공 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본원 발명의 한 특징에 의한 기준전압회로는 직류전원; 일단이 고류전원의 고전위축 단자에 접속된 제1저항; 일단이 고전위축 단자에 접속된 제2저항; 베이스와, 이 베이스와 제1항의 타단에 접속된 코렉터와, 직류전원의 저전위측 단자에 접속된 에미터를 가지는 제1 NPN 트랜지스터; 제2저항의 타단에 접속된 코렉터와, 제1 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 에미터를 가지는 제2 NPN 트랜지스터: 제2 NPN 트랜지스터의 에미터와 직류전원의 저전위축 단자와의 사이에 접속된 제3저항; 제2 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 저전위축 단자에 접속된 에미터와, 코렉터를 가지는 제3 NPN 트랜지스터; 일단이 고전위축 단자에 접속되며, 타단이 제3 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 제4저항; 제3 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 고전위축 단자에 접속된 에미터와, 저전위축 단자에 접속된 코렉터를 가지는 PNP 트랜지스터로 이루어져 있으며, 고진위축 단자 또는 저전위축 단자가 기준전압회로의 출력단자를 형성한다.
제3 NPN 트랜지스터(3)의 hFE는 PNP 트랜지스터의 hFE의 배수로 되어 매우 크게 할 수 있고, 상기 NPN 트랜지스터(3)의 베이스 전류변동이 저감된다. 그리고, 제3 NPN 트랜지스터(3)의 코랙터에 접속되어 있는 제4저항은 제3 NPN트랜지스터(3)에 항상 어떤 코렉터 전류를 공급하고 있고, PNP 트랜지스터의 베이스 전류변동을 보상하는 동시에 제3 NPN 트랜지스터(3)의 동작을 안정화하는 것이다.
다음에 본원 발명의 일실시예를 제2도에 의해서 설명한다. 제2도에서 출력단자(100)에 저항(4),(5),(8),(10)의 일단이 접속되고, 저항(10)의 타단에는 정전압(定電
Figure kpo00004
) 직류전원(11)의 고전위측 단자가 접속되어 있다. 직류전원(11)의 저전위축 단자는 접지되어 있다. 저항(10)과 직류전원(11)은 고전위축 단자 A와 저전위축 단자 B의 정전류 전원으로 구성되어 있다. 고전위축 단자 A는 전위가 출력단자와 동등하며, 저전위축 단자는 전위가 접지(이하 GND라 함)와 동등하다. 저항(4)의 타단에는 베이스·코렉터를 단락한 NPN 트랜지스터(1)의 코렉터 및 NPN 트랜지스터(2)의 베이스가 접속하고, NPN 트랜지스터(1)의 에미터는 GND로, NPN 트랜지스터(2)의 에미터는 저항(6)을 통해서 GND 에 접속하고 있다. 저항(5)의 타단은 NPN 트랜지스터(2)의 코렉터 및 NPN 트랜지스터(3)의 베이스에 접속하고, NPN 트랜지스터(3)의 에미터는 GND 에 접속하고 있다. 저항(8)의 타단은 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 및 PNP 트랜지스터(9)의 베이스에 접속하고, PNP 트랜지스터(9)의 에미터, 코렉터를 각각 출력단자(100) 및 GND 에 접속하고 있다. 출력전압 VO은 제1도의 종래 회로의 경우와 같이 NPN 트랜지스터(3)의 베이스·에미터간 전위차 VBE3와 저항(5)의 양단 전압과의 합이 되고, 상기(1)식으로 표시된다.
본 실시예에서는 전원변동이나 부하변동에 의한 회로전류의 변동은 주로 PNP 트랜지스터(9)가 흉수하게 되고, NPN 트랜지스터(3)에는 PNP 트랜지스터(9)의 베이스 전류와 저항(8)으로 부터의 전류가 흐른다. 여기서 저항(8)을 PNP 트랜지스터(9)의 베이스 전류보다 충분히 큰 전류가 흐르도록 실천함으로써, PNP트랜지스터(9)의 베이스 전류변동이 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 전류 또는 베이스 전류에 대해서 거의 작용하지 않도록 할 수 있다. 구체적인 수치예를 다음과 같이 나타낸다. 저항(5)의 값을 종래 예와 같이 6kΩ으로 하고, NPN 트랜지스터(3) 및 PNP 트랜지스터(9)의 hFE, 베이스·에미터간 전위차 VBE를 모두 100, 0.7 V로 해서 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 전류를, 예를들면 200μA로 가정하면 저항(8)은 0.7 V/200μA=3.5kΩ가 된다. 이때 종래예의 경우와 같이 1mA의 전류변동이 가해졌을 경우를 고려하면, PNP트랜지스터(9)의 베이스 전류변동 △IBP는
Figure kpo00005
에서, △IBP=10μA가 된다. 따라서 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 전류는 200μA±10μA가 되고, 그 베이스 전류 IBN는
Figure kpo00006
에서,
Figure kpo00007
가 되고, 그 변동분은 0.1μA 이다. 이 변동분이 저항(5)을 흐르는 전류 I2의 변동분이 되므로, 이것에 의한 저항(5)의 양단 전압의 변동분
Figure kpo00008
이며, 출력전압 VO(종래와 같이 1.2V로 가정)에 대해서 0.05%의 변동이 된다. 이것은 종래와 비교하면 1/100로 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 제2도에서는 제1도의 종래 회로에서의 정전류 전원(7)이 단순히 직류전원(11)과 저항(10)으로 치환되어 있다. 이것은 상기와 같이 전류변동에 대해서 출력 전압변동이 저감되기 때문에, 정전류 전원회로에 의한 공급전류 안정화의 필요성이 적어지기 때문이며 회로의 간략화가 도모된다.
상기와 같이 회로에의 공급 전류변동에 대해서 설명하였으나, 트랜지스터의 hFE변동에 대해서도 본 실시예는 뛰어난 특성을 갖는다. 즉, 그 이유는 NPN 트랜지스터(3)의 hFE는 외관상 PNP 트랜지스터(9)의 hFE배수로 되고, 또한 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 전류의 변동은 PNP 트랜지스터(9)의 hFE변동에 대하여 저항(8)에 의해서 억제될 수 있으며, 저항(8)은 코렉터 전류가 매우 적어서 PNP 트랜지스터(9)의 베이스 전류의 변동을 무시할 수 있는 그러한 코랙터 전류를 NPN 트랜지스터(3)에게 공급하도록 설치되어 있으며, NPN 트랜지스터(3)의 베이스 전류에 대한 영향을 매우 적게 할 수 있기 때문이다. 저항(8)에 의해 코렉터 전류를 형성함으로써, 전원이나 전하에 관계없이 NPN 트랜지스터(3)의 베이스 전류의 변동을 억제할 수 있으며, 따라서 안정화 출력전압을 얻을 수 있다. 그러나, 종래의 회로에 의하면 기준전압회로의 내부요인 때문에 코렉터 전류를 최적치로 형성할 수 없다. 그 이유는 NPN 트랜지스터(3)의 코렉터 전류는 전원, 전하 등과 같은 외부요인에 의해 결정되기 때문이다. 제3도, 제4도는 본원 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 제3도는 본원 발명의 실시예 제2도에서의 출력단자(100)와 GND 사이에 저항(12),(13)을 설치하고, 저항(12)와 (13)의 접속점으로 부터 새로 출력단자(200)를 설치한 것이다. 제3도에서는 출력전압 VOa는 저항(12),(13)의 저항치를 각각 R12, R13으로 하면,
Figure kpo00009
이 되고, 출력전압 VOa의 전압치는 OV-VO의 범위에서 자유로 설정할 수 있다. 출력전압 VOa의 정밀도는 저항(12),(13)의 상대정밀도로 정해지기 때문에 반도체에서 형성하는데는 상당히 좋은 정밀도가 기대된다. 제4도는 출력단자(200)에 베이스를 GND 에 에미터를 접속한 NPN 트랜지스터(14)를 새로 설치한 것이다. 또한 검출회로(15)는 NPN 트랜지스터(14)의 은을 검출해서 소정의 동작을 하는 회로를 나타낸다. 제4도에 의하면 온도 검출회로가 실천된다. 다음에 이 회로에 따라서 설명한다. 제2도와 제3도에서의 출력전압 VO, VOa는 그 출력전압의 온도계수를 거의 0이 되도록 설계할 수 있는 것은 상기 종래 기술에서 명백하다.
식(1)에서, 우변의 제1항 VBE3은 마이너스 온도계수를 가진다. 따라서 우변의 제2항이 플러스가 되도록 I1및 I2의 값을 설정하면, 출력전압 VO의 온도계수는 VBE3의 온도계수에 맞도록 적절히 선택된 저항 R5의 저항치에 대하여 0이 될 수 있다. (저항은 플러스 온도계수를 가짐). 출력전압 VOa은 저항형 전압 R13을 저항 R12, R13을 가산한 값으로 나누어서 출력전압 VO에곱한값이다. 따라서, 저항(12),(13)이 동일한 저항치를 갖도록 선택되면, 출력전압 VOa은 출력전압 VO의 온도계수와 동일한 온도계수를 갖는다. 저항(12),(13)이 상이한 수치를 갖도옥 선택되면, 출력전압 Voa은 출력전압 VOa의 온도계수가 0일지라도 어떤온도계수를 갖는다.(저항(12),(13)의 온도계수가 동일할지라도, 이들의 상대율은 온도에 따라 변동한다.)이 경우에, 출력전압 VO은 저항(12),(13)의 상대율에 대하여 온도계수에 맞도록 저항(5)의 저항치를 적절히 선정함으로써 어떤 온도계수를 갖도록 적절히 선정된다.
따라서, 제4도에서의 NPN 트랜지스터(14)의 베이스 전압을 온도에 의존하지 않고 일정 전압으로 바이어스 하는 것이 가능하다. 한편 NPN 트랜지스터(14)의 베이스·에미터간 전위차 VBE는 마이너스의 온도계수를 가지며, 약-2mV/℃에서 온도상승에 대해 감소한다. 그러므로, 저온시에는 NPN 트랜지스터(14)가 동작하지 않도록 VBE보다 약간 낮은 전압으로 출력전압 VOa을 설정해 두면 온도상승에 따라서 VBE가 감소하고, 출력전압 VOa보다 VBE가 작아진 시점에서 NPN 트랜지스터(14)를 동작시킬 수 있다. NPN 트랜지스터(14)를 동작시키는 온도의 설정은 출력진압 VOa즉, 저항(12),(13)의 설정치에 따라 조정된다. 본 회로에 의하면, 반도체의 접합 온도검출이 가능해지며, 반도체의 과열보호 등에도 응용할 수 있다. 제5도, 제6도는 제2도, 제4도의 실시예의 변형예를 나타낸다. 각 변향예에 있어서, 전원(11)의 위치는 반대로 되어있지만 전류의 방향은 제2도, 제4도의 것과 같다. 각 변형예에 있어서의 작동은 출력전압이 마이너스인 것을 제외하고는 제2도, 제4도의 동작과 같다.
본원 발명에 의하면, 전원변동 및 트랜지스터의 hFE변동에 대해서 출력 전압변동을 저감한 안정된 기준전압회로를 용이하게 얻을 수 있으므로, 반도체 집적회로, 도트프린터구동기 집적회로의 열폐쇄회로등에 있어서의 기준전압원등 그 산업상의 이용가치가 크다.

Claims (11)

  1. (a)직류전원과, (b)일단이 상기 직류전원의 고전위축 단자에 접속된 제1저항과, (c)일단이 상기 고전위축 단자에 접속된 제2저항과, (d)베이스와, 이 베이스와 상기 제1저항의 타단에 접속된 코렉터와, 상기 직류전원의 저전위축 단자에 접속된 에미터를 가지는 제1 NPN 트랜지스터와, (e)상기 제2저항의 타단에 접속된 코렉터와, 상기 제1 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 에미터를 가지는 제2 NPN 트랜지스터와, (f)상기 제2 NPN 트랜지스터의 에미터와 상기 직류전원의 저전위축 단자와의 사이에 접속된 제3저항과, (g)상기 제2 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 상기 저전위축 단자에 접속된 에미터와, 코렉터를 가지는 제3 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 제4저항과, (h)일단이 상기 고전위축 단자에 접속되며, 타단이 상기 제3 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 제4저항과, (i)상기 제3NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 상기 고전위축 단자에 접속된 에미터와, 상기 저전위축 단자에 접속된 코렉터를 가지는 PNP 트랜지스터와, (j)상기 고전위축 단자와 상기 저전위축 단자중 선택된 단자로 부터 유도된 출력단자로 이루어진 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직류전원은 정전류 전원인 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정전류 전원은 정전압 전원과, 이 전원에 직렬로 접속된 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  4. 제1항에 있어서, 또한 상기 고전위축 단자와 상기 저전위축 단자와의 사이에 상호 직렬로 접속된 제5 및 제6항과, 이 제5 및 제6저항 사이의 접속점으로 부터 유도된 제2출력단자로 이루어진 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  5. 제4항에 있어서, 또한 상기 제5 및 제6저항 사이의 접속점에 접속된 베이스와, 상기 저전위축 단자에 접속된 에미터와, 검출회로에 접속된 코렉터를 가지는 제4 NPN 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로하는 기준전압회로.
  6. 제4항에 있어서, 또한 상기 제5 및 제6저항 사이의 접속점에 접속된 베이스와, 상기 고전위축 단자에 접속된 에미터와, 검출회로에 접속된 코렉터를 가지는 제2 PNP 트랜지스터로 이무어진 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  7. (a)출력단자와, (b)고전위축에서 상기 출력단자에 접속되며, 저전위축에서 접지되어 있는 직류전원과, (c)일단이 상기 츨력단자에 접속된 제1저항과, (d)일단이 상기 출력단자에 접속된 제2저항과, (e)베이스와, 이 베이스에 단락되며, 상기 제1저항의 타단에 접속된 코렉터와, 접지된 에미터를 가지는 제1NPN 트랜지스티와, (f)상기 제2저항의 타단에 접속된 코렉터와, 상기 제1 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 에미터를 가지는 제2 NPN 트랜지스터와, (g)상기 제2 NPN 트랜지스터의 에미터와 접지와의 사이에 접속된 제3저항과, (h)상기 제2 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 베이스와, 접지된 에미터와, 코렉터를 가지는 제3 NPN 트랜지스터와, (i)일단이 상기 고전위축 단자에 접속되며, 타단이 상기 제3 NPN 트랜지스터의 코렉터에 접속된 제4저항과, (j)상기 제3 NPN 트랜지스터의 코랙터에 접속된 베이스와, 상기 출력단자에 접속된 에미터와, 접지된 코렉터를 가지는 PNP 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 직류전원은 정전류 전원인 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정전류 전원은 정전압 전원과, 이 전원에 직렬로 접속된 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  10. 제7항에 있어서, 또한 상기 출력단자와 점지와의 사이에 상호 직렬로 접속된 제5 및 제6저항과, 이제5 및 제6저항 사이의 접속점으로 부터 유도된 제2 출력단자로 이루어진 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
  11. 제10항에 있어서, 또한 상기 제5 및 제6저항 사이의 접속점에 접속된 베이스와, 접지된 에미터와, 검출회로에 접속된 코렉터를 가지는 제4 NPN 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 기준전압회로.
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