KR930005215B1 - 정전압원 집적회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

정전압원 집적회로

제1도는 종래 정전압회로의 기준전압발생부를 도시한 도면.

제2도는 종래 정전압회로의 회로도.

제3도는 본 발명 정전압원 집적회로의 블록구성도.

제4도는 본 발명의 정전압원 집적회로의 일예를 구체적으로 상세하게 도시한 회로도.

제5도는 전원전압(Vcc)과 기준전압(Vref)의 관계를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기준전압발생부 2 : 캐스코우드증폭부

3 : 전류/전압증폭부 4 : 궤한이득회로

A : 연산증폭기 SC : 여기회로

본 발명은 정전압원 집적회로에 관한 것으로서, 특히 기준전압의 베이스폭 변조현상(Early Effect)에 의한 전원전압 의존도와 공정변수를 제거하여 전원과 온도 및 공정변수의 변동에 무관하게 일정전압을 유지하도록 함으로써 넓은 동작범위를 가지면서 양호한 온도특성을 갖는 정교한 정전압원 집적회로에 관한 것이다.

일반적으로 일정한 전압을 제공하는 종래의 정전압회로는 제2도에 도시한 바와같이 트랜지스터(Q₁, Q₂)로 이루어지는 하측 전류미러회로와 트랜지스터(Q₃, Q₄)로 이루어지는 상측 전류미러회로 및 저항(R₁, R₂)으로 구성되는 기준전압발생부(1 ; 제1도)와 연산증폭기(A) 및 저항(R_f1, R_f2)으로 구성되고 그 동작은 다음과 같다.

제1도에서 도시하지 않은 별도의 여기회로(start-up)가 동작을 시작하게 되면, 하측 전류미러회로의 트랜지스터(Q₁)에 전류가 흐르게 되고, 그러면 트랜지스터(Q₃, Q₄)로 구성된 상측 전류미러회로를 통해 하측 전류미러회로의 트랜지스터(Q₂)에도 전류가 공급된다.

그에따라 트랜지스터 Q₁-Q₃-Q₄-Q₂로 구성된 루우프를 통해 전압(Vref)은 증가하다가 저항(R₁)에 의해 제한되어 안정화상태로 들어가게 된다. 이때 발생된 기준전압(Vref)은

로 된다.

이다. 따라서

로 되고, (1)식에서 V_BE2는 음의 온도계수(

-2mV/℃)를 갖고, V_T는 양의 온도계수(

0.086mV/℃)를 가지므로 k값을 조정하여 온도변화에 안정한 기준전압(Vref)을 얻게 된다. 그러나 (1')식에서 k값이 β_N, β_P, V_AP와 Vcc의 함수이므로 기준전압(Vref)은 공정변수와 전원전압 의존도를 갖게 된다.

그러므로 이와같은 기준전압발생부를 구비한 종래의 정전압회로는 제2도에 도시한 바와같이 구성되어 출력전압(Vp)은

로 되는데, 전원전압(Vcc)의 변동이나 베이스폭 변조현상(Early Effect)등으로 기준전압(Vref)이 심하게 변동하게 되면, 안정되고 정교한 출력전압(Vo)을 얻을 수 없다고 하는 결점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 정전압회로가 갖는 결점을 제거하기 위해 발명된 것으로, 상측 전류미러회로를 전류/전압증폭부와 캐스코우드증폭부 및 궤환이득회로로 구성하여 하측 전류미러회로에 있는 트랜지스터 각각의 컬렉터와 에미커간 전압을 전원전압의 변동과 베이스폭 변조현상의 영향에 무관하게 일정전압으로 유지시켜 줌으로서 전원과 온도 및 공정변수의 변동에 관계없이 안정된 일정전압을 공급할 수 있는 정전압원 집적회로를 제공함에 그 목적이 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작용, 효과를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 정전압원 집적회로는 트랜지스터(Q₁, Q₂)로 이루어지는 전류미러회로와 저항(R₁, R₂)으로 구성되어 기준전압(Vref)을 발생하는 기준전압발생부(1)와 상기 트랜지스터(Q₁,Q₂) 각각의 컬렉터ㆍ에미터간 전압을 전원전압에 무관하게 일정하게 유지시킴과 더불어 트랜지스터(Q₁, Q₂)에 흐르는 전류를 감쇄없이 전달하는 캐스코우드증폭부(2), 상기 트랜지스터(Q₁, Q₂)에 흐르는 전류의 차를 전압으로 변환하여 증폭하는 전류/전압증폭부(3) 및 전류/전압증폭부(3)의 출력에 대응되는 궤환량을 궤환시켜 상기 트랜지스터(Q₁, Q₂)에 동일전류를 흐르게 하는 궤환이득회로(4)로 구성된다.

제3도는 본 발명 정전압원 집적회로의 블록구성도, 제4도는 본 발명의 일실시예를 나타낸 도면, 제5도는 전원전압(Vcc)과 기준전압(Vref)의 관계를 도시한 도면으로서, 기준전압(Vref)이 안정화되는 과정, 전류(I_C7, I_C8)가 서로 같아지는 과정 및 트랜지스터(Q₁, Q₂)의 컬렉터와 에미터간의 전압이 전원전압에 무관하게 일정하게 유지되는 과정은 다음과 같다.

기준전압(Vref)이 안정화되는 과정은 전원전압(Vcc)에 의해 여기회로(SC)가 동작하게 되면, 트랜지스터(Q_B2)가 동작하게 되어 트랜지스터(Q₃, Q₅)를 통해, 전류/전압증폭부(3)에 있는 트랜지스터(Q₁₆)의 베이스에 전류를 공급하게 된다. 이 전류는 트랜지스터(Q₁₆)와 트랜지스터(Q₁₇)로 구성된 전류증폭기에서 증폭되어 출력되므로 출력전압(V₀)을 상승하게 하여 결국 기준전압(Vref)도 상승하게 된다.

따라서 기준전압(Vref)이 상승함에 따라 트랜지스터(Q_B2)가 턴오프되어 여기회로(SC)는 정전압회로와 분리되게 된다.

이후 기준전압(Vref)의 안정화는 두개의 궤환루우프에 의해 일어난다. 즉, 트랜지스터 Q₂-Q₈-Q₄-Q₆-Q₁₄-Q₁₅-Q₁₆-Q₁₇로 구성된 부궤환루우프와 트랜지스터 Q₁-Q₇-Q₃-Q₅-Q₁₆-Q₁₇과 저항(R₁)으로 구성된 정궤환루우프가 존재한다.

초기 과도상태에서 전류(I_C7, I_C8)가 작게 흐를때는 정궤환루우프 이득이 부궤환루우프 이득보다 크게되어 기준전압(Vref)은 상승하게 되나, 기준전압(Vref)의 상승으로 전류(I_C7, I_C8)가 증가함에 따라 정궤환루우프 이득이 저항(R₁)의 부궤환효과에 의해 떨어지게 되고, 부궤환이득이 증가하게 되어 전체적으로 부궤환이 걸리게 되므로 결국 안정화상태에 들어가게 되고, 기준전압(Vref)은 일정하게 유지된다.

전류(I_C7)와 전류(I_C8)가 같아지는 과정은 전류/전압증폭부(3)의 이득(GM)이 충분히 크다고 하면 두 전류(I_C7, I_C8) 사이의 에러는 전체적인 부궤환효과에 의해 무시할 수 있게 되어 전류(I_C7)와 전류(I_C8)는 같게 된다.

또한 트랜지스터(Q₁, Q₂)의 컬렉터와 에미터간의 전압이 전원전압(Vcc)에 무관하게 일정하게 유지되는 과정은 기준전압(Vref)이 일정한 안정상태에 들어간후에 기준전압발생부(1)에 있는 트랜지스터(Q₁, Q₂) 각각의 컬렉터ㆍ에미터간 전압은 (Vref-V_BE)로

일정하게 유지된다.

트랜지스터(Q₇, Q₈)는 트랜지스터(Q₁, Q₂)의 컬렉터ㆍ에미터간 전압을 전원전압(Vcc)에 무관하게 일정한 전압으로 유지시켜주는 역할을 하며, 나머지 전압변동분을 흡수하는 완충작용을 한다.

제4도에서 전류/전압증폭부(3)의 캐패시터(C)는 위상보정용이다.

여기서 전류/전압증폭부(3)의 이득(GM)이 충분히 크다고 하여 트랜지스터(Q₁, Q₂) 각각의 컬렉터전류(I_C1, I_C2)가 같다고 하고, 트랜지스터(Q₁, Q₂)간의 면적비를 n이라 하면, 기준전압(Vref)은

Vref＝V_BE2＋KV_T………………………………(2)

으로 되고, 출력전압(Vo)은

로 된다.

여기서

이고,

이다.

상기 식(2)에서 V_BE2는 음의 온도계수를, V_T는 양의 온도계수를 각각 갖는 것이므로, K값을 조절함으로써 온도변화에 무관한 기준전압(Vref)을 얻을 수 있고, 따라서 (3)식에서 온도변화에 무관한 정전압을 얻게 된다. 뿐만아니라 종래회로와는 달리 (2)식에서 K가 저항비와 트랜지스터(Q₁, Q₂)간의 면적비에만 의존하므로 공정변수나 전원전압변동에 무관하게 되어 전원에 안정한 정전압원을 얻게 된다.

제5도는 전원전압(Vcc)의 변동과 온도변화에 따른 종래회로와 본 발명의 기준전압(Vref)을 비교한 것이다(SPICE Simulation 결과). 제5도에서 분명한 바와같이 (2)식의 K값을 조정하여 온도계수를 0으로 조정하였을때 동질조건에서 본 발명회로가 종래의 그것보다 훨씬 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.

상기한 바와같이 작용하는 본 발명 정전압원 집적회로는 기준전압의 베이스폭 변조현상(Early Effect)에 의한 전원전압 의존도 및 공정변수를 제거하여 전원과 온도 및 고정변수의 변동에 무관하게 넓은 동작범위를 가지면서 양호한 온도특성을 갖는 정교한 일정전압을 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 트랜지스터(Q₁, Q₂)로 이루어지는 전류미러회로와 저항(R₁, R₂)으로 구성되어 기준전압(Vref)을 발생하는 기준전압발생부(1)와, 상기 트랜지스터(Q₁, Q₂) 각각의 컬렉터ㆍ에미터간 전압을 전원전압에 무관하게 일정하여 유지시킴과 더불어 트랜지스터(Q₁, Q₂)에 흐르는 전류를 감쇄없이 전달하는 캐스코우드증폭부(2), 상기 트랜지스터(Q₁, Q₂)에 흐르는 전류의 차를 전압으로 변환하여 증폭하는 전류/전압증폭부(3) 및 전류/전압증폭부(3)의 출력에 대응되는 궤환량을 궤환시켜 상기 트랜지스터(Q₁, Q₂)에 동일전류를 흐르게 하는 궤환이득회로(4)로 구성된 정전압원 집적회로.
2. 제1항에 있어서, 캐스코우드증폭부(2)가 트랜지스터(Q₁₀, Q₁₁)로 이루어지는 전류미러회로와 저항(R₃, R₄), 트랜지스터(Q₇, Q₈, Q₉, Q₁₃)로 구성된 정전압원 집적회로.
3. 제1항에 있어서, 전류/전압증폭부(3)가 트랜지스터(Q₃, Q₅)와 트랜지스터(Q₄, Q₅)및 트랜지스터(Q₁₄, Q₁₅) 각각으로 이루어지는 전류미러회로와 저항(R₅), 콘덴서(C), 트랜지스터(Q₁₆, Q₁₇)로 구성된 정전압원 집적회로.

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