TW589448B - Semiconductor apparatus, temperature detector and electronic machine using the detector - Google Patents

Description

589448 五、發明說明（l) [發明所屬的技術領域] 本發明係有關於溫度债知器’且特別有關於利用雙極 性電晶體（bipolar transistor)之基極（base) ·射極 (emitter)間電壓差，根據周圍溫度大致為直線化° 象之1C溫度偵知器。 £ [先前技術] 第2圖’係表示I C化溫度偵知器之一習 > 例 < 電路 圖。本圖上所示的1C化溫度偵知器ia，其構造為具有射極 面積相異之2個npn型電晶體Qi、q2(其面積比為i :'1〇)， 而以在兩電晶體Ql、Q2之基極•射極間電壓差VBE1、vbe2 之電壓差，VF(=VBE1-VBE2)為基準，來執行周圍溫度τ之 出。 電晶體Ql、Q2之集極，各自透過定電流源丨丨、^，被 連接至電源線。在兩集極（c 0 1 1 e c t 〇 r )上，定電流源i C 1 1C2被供給。電晶體Q1之集極，亦被連接至npn型電'晶體 之基極。電晶體Ql、Q2之射極相互連接，其連接節點，透 過疋電流源I 3，被連接至地（g r 〇 U n d )。電晶體Q 1之基極， 被連接至電晶體Q 4之射極’又被連接至電阻r 1之一端電 晶體Q2之基極，被連接至電阻R1之另一端，而透過電阻 R2，被連接至地。電晶體q4之集極，被連接至電源線。 在此’本圖上所示的丨c化溫度偵知器丨a，為將電晶體 Q1之基極作為輸出端子T〇ut，而從該輸出端子丁0111：來獲得 輸出電壓Vout之構造。因而，輸出電壓v〇ut，成為以^ : 的式子來表示的值。

•(1) 589448 五、發明說明（2)

w R\-\-R2 Vout =--AVF m 在上式斤在上述（1)式之電壓差VF，基於二極體 方程式，被展開為如下面（2 )式之形式。 AVF = VBE] — VBE2 kTi\ /b1 k.T ic2 一 ---ln< Q kl q In lc2 1 + VCE2、 •⑵ 卜苦)j ，而，在上述（2)式中，k為波耳茲曼（Bol tzmann)常 為周圍溫度（絕對溫度），q為電子的電荷量，丨c工、 ic2為電晶體qi、q2之集極電流，VCE1、VCE2為電晶體 Qi、Q2之集極•射極間之電壓差，VA為電晶體…、⑽之厄 力（Ear ly )電壓’ is為電晶體Qi、Q2之漏電流。 由上述（2 )式了解到2個射極電流密度相異之2個電晶 體Ql、Q2之各個基極·射極間電壓差VBE1、VBE2之電壓差 VF成為按照周圍溫度T之變動值。基於在上述（！）式所表 示的相關關係，1C化溫度偵知器la之輸出電壓v〇ut，亦成 為按照周圍溫度T之變動值。 第3圖係表示對於周圍溫度τ之電壓差VF (或輸出電壓 Vout)之依存特性之相關圖。本圖之橫軸表示周圍溫度τ， 縱軸表示電壓差VF(或輸出電壓Vout)。然而，在電晶體

2119-5512-PF(Nl).ptci 第5頁 589448 五、發明說明（3)

Ql、Q2之集極電流i i c2及集極•射極間電壓差VCE1、 VCE2各自相等之情況下，電壓差Vf如以下第（3)式所表示 地，成為和周圍溫度T成比例之理想變動值（圖中虛線）。 A w_ k T t Δ V/~ =- In 10 . q _ ·⑶ 確實地’由上述構造而成的丨C化溫度偵知器丨a，能夠 以在輸出端子Tout所得到的輸出電壓vout為基準，而以某 種高精密度之程度來測出周圍溫度T。因而，可以適用於 各種機器之溫度測出裝置。 '

但是’在由上述構造而成的丨c化溫度偵知器丨a上，流 至電晶體Ql、Q2之集極之電流之變動方法，在電晶體Q1和 Q2上是不同的。因為兩電晶體…、Q2之集極電流比 icl/1C2及集極•射極間電壓差比VCE1/v(：E2 地，電壓i VF，有所謂的從第⑻ 規則地偏離之課題。因此，由 "^ 知器la，作為-種在:二=構造而成的IC化溫度偵 度之電子機器（例如搭載在線性度來測出周圍溫 器裝置或DVD驅動裝置）之和 态之硬式磁碟機驅動 溫产伯知号，Λ ' 制裝置或驅動裝置上所使用的

/皿度偵知裔，有其不適當的情況。 [發明内容]

2119-5512-PF(Nl).ptd 第6頁 589448 玉、發明說明（4) 為了達成上述目的，有關本發明之溫度偵知器，其構 造為在由具有射極電流密度相異之2個電晶體而成，而2個 電晶體之基極•射極間電壓差根據溫度來變動為基準，來 執行溫度偵知之溫度偵知器上，設置了為了控制兩電晶體 之集極電壓以及/或射極電流之反饋電路，使兩電晶體之 集極電壓具有相同的溫度特性來變動。 [實施方式] 實施例1

第1圖，係表示有關於本發明之IC化溫度偵知器之一 個實施例之電路圖。本實施例之I c化之溫度偵知器1，除 了第2圖之習知構造之外，又設置了為了控制電晶體Q1、 Q2之集極電壓VA、Vb及射極電流ie之反饋電路revi，使電 晶體Ql、Q2之集極電壓VA、VB具有相同的溫度特性來變 動。因此，關於和習知之IC化溫度偵知器1 a相同的部分， 因為附加了和第2圖相同的符號，所以省略其說明。以 下’將重點放在本實施例之特徵部分之反饋電路REV 1之構 造及動作，來作說明。

如本圖所示地，本實施例之反饋電路REV1，具有對應 電晶體Q4而設置的npn型電晶體Q5、形成一對之電流鏡電 路之pnp型電晶體Q6、Q7，同樣地形成一對之電流鏡電路 之npn型電晶體q8、Q9、形成決定在電源投入時反饋電路 REV1之動作狀態之起動電路之npn型電晶體qi〇、以及電阻 R4〜R10 〇 電晶體Q 5之集極’被連接至電源線。電晶體Q 5之基

2119-5512-PF(Nl).Ptd 第7頁 589448 五、發明說明（5) 極被連接至電0曰體Q2之集極。電晶體Q5之射極，被連接 至電晶體Q7之射極，另一方面，透過電阻R4、R5被連接至 地。電阻R4、R5，係具有和電阻R1、R2相同之電阻之電阻 元件。 電晶體Q6之射極，被連接至輸出端子T〇ut。電晶體 Q6、Q7之集極，各自被連接至電晶體㈧、Q9之集極。電晶 體Q6、Q7之基極，互相連接，其連接節點，被連接至電晶 體Q6之集極。 電晶體Q8、Q9之射極，各自透過電&R6、R7，被連接 至地。電晶體Q 8、Q 9之基極，互相連接，其連接節點，被 連接至電晶體Q9之集極。而電晶體q8、q9之基極，亦被連 接至構成定電流源13之npn型電晶體Q3之基極。電晶體Q3 之集極’各自被連接至電晶體Q 1、Q 2之射極。電晶體Q 3之 射極，透過電阻R3被連接至地。 電晶體Q 8 1 0之基極’被連接至電晶體q 6之集極及基 極，和電晶體Q8之集極之連接節點。電晶體…〇之集極， 被連接至電源線。電晶體Q 1 〇之射極，透過電阻r 8，被連 接至地。 於由上述構造而成的反饋電路上，在電晶體Q6之 射極上’知：照電aa體Q 1之集極電壓V A之電流i 1流過，而在 _ 電晶體Q7之射極上，按照電晶體Q2之集極電壓VB之電流i 2 流過。在此，於按照周圍溫度T，電晶體Q1之集極電壓 變動之情況下，首先，電晶體Q6之射極電流i 1變動，隨著 此變動，藉由電晶體Q 7之射極電流i 2變動，以決定電晶

2119-5512-PF(Nl).ptd 第8頁 589448

* κ. 體Q9、Q8之動作電壓，而藉由電晶體q3，各自來決定電晶 體Ql、Q2之射極電流ie。其結果，在本實施例之反饋電路 REV1上，造成電晶體Q2之集極電壓VB及電晶體Q1、q2之射 極電流i e被反饋控制（所謂的共態模式（c 〇 m m 〇 ^ m 〇 d e )反饋 控制）。 藉由如此的構造，在本實施例之I C化溫度偵知器1 中’電晶體Q1 ’ Q 2之集極電流比i c 1 / i c 2及集極•射極間 電壓比VCE1/VC E 2之電壓，不易產生誤差，所以造成可以 局精度與高線性度來測出周圍溫度T。

然而，在本實施例之IC化溫度偵知器i中，使電晶體 Q4和電晶體Q5 ’電晶體Q6和電晶體Q7，電晶體Qg和電晶體 Q9，及電阻6和電阻7，各自使用相同大小，相同特性的材 料。因而，電晶體Q1之集極電壓VA，藉由輸出電壓y〇ut和 電晶體Q4之動作電壓來決定，而電晶體q2之集極電壓VB， 藉由輸出電壓Vout和電晶體Q5、Q6、Q7之各動作電壓來決 定，所以集極電壓VA、VB任一個，皆比習知之溫度偵知、 器’更不容易受到電源變動之影響。因此，本實施例之j c 化溫度偵知器1，即使在不同的電源電壓（例如3V和…）被 施加之情況下，亦可以穩定地執行溫度測出。

在本發明之反饋電路REV1上，除了為了將電晶體卯之 射極電流，流至電晶體Q7之射極之電流路徑外，亦設置了 為了透過和電阻Rl、R2相同電阻值之電阻R4、R5，而將該 射極電流至地之電流路徑。藉由設置了如此的電流路徑， 能夠排除流入電晶體Q6、Q7之射極之電流i丨、i 2之誤差要

2119-5512-PF(Nl).ptd 第9頁 589448 五、發明說明（7) 3 ’所以成為可以更高精度高線性度來測出周圍溫度τ。 田然’在重視縮小晶片規模之情況下，亦可不須該電流經 路。 :又在本實施例之I C化溫度偵知器1中，電阻R丨、R2和 電阻R4、R5，其電阻值可以藉由雷射修整（laser t/ i mm i ng)等來凋整。藉由如此的構造，即使在電路形成 後’亦可以任意地來調整對於周圍溫度τ之輸出電壓v〇ut 之依存特性。 而在上述實施例，舉例說 電路’作為反饋電路REV1，使 發明之電路構造，並不限定於 例同樣的功能（反饋控制功能 壓VA、VB具有相同的溫度特性 知的有更高的精度。 [產業上之利用可能性] 如上述地，有關本發明之 體裝置，不易產生隨著電晶體 間電壓比之變動之測出誤差， ，來測知周圍溫度。因此，能 南線I*生度來測知周圍溫度之電 航器之硬式磁碟機驅動器裝置 或驅動裝i。而藉由併；有關 間隙（band gap)電路，能夠形 又因電路規模相對較小，所以 明了採用2段構造之電流鏡 其能有更局的精度，但是；| 此，如能實現和上述之實辦 ’使電晶體Ql、Q2之集極電 來變動。），則能期待比習 溫度偵知器及使用此之半 之集極電流比及集極•射, 所以能夠高精度且高線性 夠又更適用於須要高精度 子機器（例如搭載在車用導 或D V D驅動裝置）之控制裝 本發明之溫度偵知器和頻 成高精度之頻帶間隙電路 可以當成類比I P來流通使

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2119-5512-PF(Nl).ptd 第11頁 589448 圖式簡單說明 第1圖係表示有關於本發明之I C化溫度偵知器之一個 實施例之電路圖。 第2圖係表示I C化溫度偵知器之一習知例之電路圖。 第3圖係表示對於周圍溫度T之電壓差VF之依存特性 之相關圖。 [符號說明] 11、12、icl、ic2 定電流源，

Ql 、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9 電晶體，

Rl 、 R2 、 R3 、 R4 、 R5 、 R6 、 R7 、 R8 電阻， i 1、i 2 電流，

Tout 輸出端子， VBE 基極•射極間電壓差，

Vout輸出電壓， VF 電壓差。

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Claims (1)

1. 589448 六、申請專利範圍 1 · 一種半導體裝置，具有以2個射極面積相異之電晶 體來構成，而以兩電晶體之基極•射極間電壓差，根據溫 度來變動為基準，來執行溫度偵知之溫度偵知電路； 其特徵在於： 上述溫度偵知電路，具有反饋電路來構成，用以控制 兩電晶體之集極電壓以及/或射極電流，以使兩電晶體之 集極電壓具有相同的溫度特性來變動。 2 · —種溫度偵知器，包括： 射極電流密度相異之第1、第2電晶體；以及 反饋電路，用以控制兩電晶體之集極電壓以及/或射 極電流’以使兩電晶體之集極電壓具有相同的溫度特性來 變動； 其中以第1、第2電晶體之基極•射極間電壓差，根據 溫度來變動為基準，來執行溫度偵知。 3. 如申請專利範圍第2項所述的溫度偵知器，其中上 述反饋電路包括： # 第1電流鏡電路，由按照第1電晶體之集極電壓之電流 流至射極之第3電晶體，和按照第2電晶體之集極電壓之電 流流至射極之第4電晶體而成，而隨著第3電晶體之射極電 流之變動，使第4電晶體之射極電流變動；以及 第2電流鏡電路，隨著第4電晶體之射極電流之變動， 來決定動作電壓，而決定第1、第2電晶體之射極電流。 4. 一種溫度偵知器，包括： npn型第1電晶體，集極透過第1定電流源，被連接至

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   電源線’基極被連接至輸出端子· npn型第2電晶體，集極 電源線，基極被連接至在上 連接之第1、第2電阻之連接 電晶體相異； 透過第2定電流源，被連接至 述輪出端子和地線之間被串聯 節點，而射極電流密度和第1 第2電晶體之兩 npn型第3電晶體’集極被連接至第1 射極，射極透過第3電阻被連接至地； npn型第4電晶體 至第1電晶體之集極， npn型第5電晶體 至第2電晶體之集極； 集極被連接至電源線，基極被連接 射極被連接至上述輸出端子；

   集極被連接至電源線，基極被連接 Pnp型第6電晶體，射極被連接至上述輸出端子，而集 極和基極相互連接； pnp型第7電晶體，射極被連接至第5電晶體之射極， 基極被連接至第6電晶體之基極； η ρ η型第8電晶體，集極被連接至第6電晶體之集極， 射極透過第6電阻被連接至地；以及 ηρη型第9電晶體，集極被連接至第7電晶體之集極， 集極和基極相互連接，而射極透過第7電阻被連接至地，

   基極被連接至第3電晶體及第8電晶體之基極。 5 ·如申請專利範圍第4項所述的溫度偵知器，其中第 6、第7電晶體，第8、第9電晶體，以及第6、第7電阻，各 自具有相同尺寸、相同特性。 6 ·如申請專利範圍第4項所述的溫度偵知器，又包括

   2119-5512-PF(Nl).ptd 第14頁 589448 六、申請專利範圍 被串聯連接在第5電晶體之射極和地線之間，而具有和第 I 第2電阻相同的電阻值之第4、第5電阻。 7 ·如申睛專利範圍第6項所述的溫度偵知器，其中第 1、第2電阻以及第4、第5電阻之電阻值，可修整調整。 8 ·如申請專利範圍第4項所述的溫度偵知器，其中又 i括η ρ η型第1 〇電晶體，集極被連接至電源線，基極被連 接至之第6電晶體之集極和第8電晶體之集極之連接 而射極透過第8電阻被連接至地。 ·· 9$種電子機器，具有溫度偵知器，作為周圍溫度測 置； 其特徵在於：

   皿度偵知益，由射極電流密度相異之2個電晶 二=反制路而成，上述反饋電路係用以 壓以及/或射極電流，以使上述使兩電：體電： 集極電壓具有相同的溫度特性來變動， 極·射極間電壓差，根據溫卢來 *日日體之基 偵知； 葆'皿度來變動為基準，來執行溫度 以上述溫度偵知器之測出結 控制以及/或驅動。 果為基準 來執行機器之