WO2014208339A1

WO2014208339A1 - 電圧発生回路

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Abstract

　第１の回路１１８が第１の端子と第２の端子との間に、トランジスタ１０３のベースエミッタ接合の順方向接合電圧と抵抗１０７の電圧降下との和を、トランジスタ１０３のエミッタ電流に応じて発生させ、第１のバイポーラトランジスタ１０８のコレクタ端子に印加している。また、第２の回路１０９が、端子１１６に接続される第１の端子とトランジスタ１０８のベース端子に接続される第２の端子との間に、ベースエミッタ接合の順方向接合電圧をそのエミッタ電流に応じて発生させ、第１のバイポーラトランジスタ１０８のベース端子に印加している。

Description

電圧発生回路

　本発明は、電源電圧依存性が小さい電圧発生回路に関するものである。

　従来の電圧発生回路として、例えば特許文献１等に示すものが提案されている。図１８は従来の電圧発生回路の一例の回路図である。図１８に示すように、電圧発生回路５１は、トランジスタ５２、５３と抵抗５４、５５を接続した回路である。電圧発生回路５１では、電源端子５６に電圧が与えられたとき、トランジスタ５２、５３のベースエミッタ間電圧（Ｖｂｅ）の和、すなわち、Ｖｂｅの２倍の出力電圧を電圧出力端子５７に出力する。この電圧発生回路５１は、「電源電圧が高くなるにしたがって、電圧出力端子に発生する電圧が高くなる」性質があり、出力電圧の電源電圧に対する依存性は小さくない。

　そこで、このような出力電圧の電源電圧に対する依存性を低減させた回路について図面を参照して説明する。図１９は従来の電圧発生回路の他の例の回路図である。図１９に示す電圧発生回路６１は、電圧発生回路５１のトランジスタ５２のベース端子と電圧出力端子５７との間に抵抗６２を追加したものである。それ以外は、電圧発生回路５１と同じ構成を有しており、実質上同じ素子、端子には同じ番号を付してある。

　電圧発生回路６１では、抵抗６２の電圧降下の作用により、「電源電圧の増加に応じて電圧出力端子に発生する電圧を下げる」効果が発生し、電圧発生回路５１の「電源電圧が高くなるにしたがって、電圧出力端子に発生する電圧が高くなる」性質の一部を打ち消す。この抵抗６２の効果によって、出力電圧の電源電圧依存性を低減させることができる。或いは、ある電源電圧で出力電圧が極大値となり、それ以上の電源電圧で出力電圧が減少に転じるように特性を調整することができる。つまり、電圧発生回路６１は電圧発生回路５１に対して、出力電圧の電源電圧依存性を低減させた回路となっている。特に、出力電圧が極大値となる電源電圧付近で用いることで、電圧発生回路６１は、電源電圧依存性の非常に少ない電圧発生回路として利用することができる優れた回路となる。

　以下に、電圧発生回路５１、６１のそれぞれの出力電圧と電源電圧との関係について説明する。図２０は、図１８及び図１９に示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。図２０において、グラフ曲線７１は電圧発生回路５１の出力電圧（縦軸）と電源電圧（横軸）の関係を示すグラフであり、グラフ曲線７２は電圧発生回路６１の出力電圧（縦軸）と電源電圧（横軸）の関係を示すグラフであり、それぞれ、電圧発生回路５１、６１の出力電圧を回路シミュレーションによって算出したものである。

　シミュレーションを行うに当たり、各抵抗の抵抗値は、抵抗５４は３２００Ω、抵抗５５は８０００Ω、抵抗６２（電圧発生回路６１のみ）は５０Ωとした。また、トランジスタ５２、５３は、ＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタでエミッタサイズが４８μｍ²のものとした。

　図２０に示すように、電圧発生回路５１の出力電圧（グラフ曲線７１）は、電源電圧の増加に応じて徐々に増加している。すなわち、電圧発生回路５１は、出力電圧の電源電圧依存性が高い回路であることがわかる。一方、電圧発生回路６１の出力電圧（グラフ曲線７２）は、電源電圧が増加するにしたがって増加するが、電源電圧が約４Ｖとなったあたりで極大値となり、その後、電源電圧の上昇に従って減少している。すなわち、電圧発生回路６１は、４Ｖ付近の電源電圧で利用する場合には、電源電圧依存性が非常に少ない電圧発生回路として利用することが可能である。

　図１９に示す電圧発生回路６１は、抵抗６２の抵抗値を変更することで、出力電圧のピークとなる電源電圧を変更することができる。図２０において、グラフ曲線７３は電圧発生回路６１の抵抗６２を１００Ωに変更したときの出力電圧と電源電圧の関係を示すグラフであり、グラフ曲線７４は電圧発生回路６１の抵抗６２を１５０Ωとしたときの出力電圧と電源電圧の関係を示すグラフである。

　図２０のグラフ曲線７２、７３、７４に示すように、抵抗６１の値を大きくすることで、出力電圧が極大値となる電源電圧が低電圧側に移動するので、電圧発生回路６１は、「電源電圧依存性が少ない電源電圧範囲」を低電圧側になるよう調整できる。

特許第３８４７７５６号公報

　しかしながら、一方で、「出力電圧が極大値となる電源電圧が低電圧側に移動する」につれ、出力電圧の「電源電圧依存性の少ない電源電圧範囲」が狭くなり、また、極大値となる出力電圧値が低下している。

　ここで、出力電圧値は、そのほかの回路素子の素子値を変更して調整することができる。図２１は、図１８及び図１９に示す電圧発生回路の抵抗とトランジスタとを変更したときの出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。

　図２１において、電源電圧３Ｖのときの出力電圧が、電圧発生回路５１の出力電圧（グラフ曲線７１）と同じになるように、電圧発生回路６１のトランジスタ５２の素子サイズを変更することで調整した場合の出力電圧を示している。抵抗６２の抵抗値５０Ω、１００Ω、１５０Ωに対し、トランジスタ５２のサイズを元のサイズの０．７４倍、０．５３倍、０．４倍とそれぞれ調整した結果を、それぞれグラフ曲線８２、８３、８４として示している。出力電圧を調整した場合でも、出力電圧が極大値となる電源電圧を低い電圧側に設定するほど、高電源電圧側の出力電圧がより大きく下がり、「電源電圧依存性の少ない電源電圧範囲」が狭くなってしまっていることがはっきりわかる。

　たとえば、電池の消耗で電源電圧が下がった場合などでも出力電圧の変動が少なくなるように、できるだけ低い電源電圧まで、出力電圧が変化しない特性であることが好ましいが、上記の場合では、高い電圧側の電源電圧依存性が大きく劣化してしまうことになる。

　なお、抵抗５４、抵抗５５を小さくすることでも、出力電圧が大きくなる方向に変更できるが、やはり、低い電源電圧での電源電圧依存性を改善しつつ、高い電源電圧での劣化を抑えることは難しい。

　そこで本発明は、簡単な構成を有し、電源電圧が低電圧のときの電源電圧依存性を改善し、広い電源電圧の範囲で電源電圧依存性が低い電圧発生回路を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため本発明は、第１の電源端子と、電圧出力端子と、第１の抵抗と、第１のバイポーラトランジスタと、第２のバイポーラトランジスタと、第１の回路と、第２の回路とを有し、上記第１の抵抗の第１の端子が、上記第１の電源端子に接続されており、上記第１のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、接地端子に接続されており、上記第１の回路の第１の端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、上記第１の回路の第２の端子が、上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ端子に接続されており、上記第１の回路が、ダイオードと抵抗とを有し、上記第１の回路の第１の端子と、上記第１の回路の第２の端子との間に、ダイオード接合の順方向接合電圧と、抵抗による電圧降下との和を、ダイオード電流に応じて発生させる回路、或いは、バイポーラトランジスタと抵抗とを有し、上記第１の回路の第１の端子と、上記第１の回路の第２の端子との間に、ベースエミッタ接合の順方向接合電圧と、抵抗による電圧降下との和を、エミッタ電流に応じて発生させる回路、のいずれかの回路であり、上記第２の回路の第１の端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、上記第２の回路の第２の端子が、上記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に接続されており、上記第２の回路が、ダイオードを有し、上記第２の回路の第１の端子と、上記第２の回路の第２の端子との間に、ダイオード接合の順方向接合電圧を、ダイオード電流に応じて発生させる回路、或いは、バイポーラトランジスタを有し、上記第２の回路の第１の端子と、上記第２の回路の第２の端子との間に、ベースエミッタ接合の順方向接合電圧をエミッタ電流に応じて発生させる回路、のいずれかの回路であり、上記第２のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、接地端子に接続され、上記第２のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が上記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、上記第２のバイポーラトランジスタのベース端子が上記第１の回路の第２の端子に接続されており、上記第１のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合及び上記第２のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合が、上記第１の電源端子の電位に対して順方向に接続され、上記電圧出力端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に直接或いは抵抗を介して接続されていることを特徴とする電圧発生回路を提供する。

　本発明によると、簡単な構成を有し、電源電圧が低電圧のときの電源電圧依存性を改善し、広い電源電圧の範囲で電源電圧依存性が低い電圧発生回路を提供することができる。

本発明にかかる電圧発生回路の一例の構成を示す回路図である。図１に示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。第１の回路を示す図である。第２の回路の他の例を示す図である。第２の回路の他の例を示す図である。第２の回路の他の例を示す図である。第２の回路の他の例を示す図である。本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。図５に示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。図５に示す電圧発生回路の各部の電流と電源電圧との関係を示す図である。本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。図８に示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。図８に示す電圧発生回路の各部の電流と電源電圧との関係を示す図である。本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。図１３Ａに示す電圧発生回路の置き換え可能な回路を示す回路図である。本発明にかかる電圧発生回路の出力電圧と電源電圧の関係を示す図である。本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す図である。本発明にかかる電圧発生回路の出力電圧と電源電圧の関係を示す図である。図１に示す電圧発生回路の出力電圧の電源電圧の関係を示す図である。本発明にかかる電圧発生回路を用いた高周波電力増幅回路の一例を示す図である。従来の電圧発生回路の一例の回路図である。従来の電圧発生回路の他の例の回路図である。図１８及び図１９に示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。図１８及び図１９に示す電圧発生回路の抵抗とトランジスタとを変更したときの出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。

　以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態では、電源端子にかかる電源電圧を正の値とし、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタによる回路構成例を説明しているが、これに限定されない。例えば、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタで同様の回路構成とし、電源電圧、出力電圧を負とすることで同様の効果を得ることが可能である。この場合、以降の説明中の電圧や電流の値を比較している部分では、それぞれ、電圧の絶対値、電流の絶対値の比較として読み替えるものとし、ダイオードの電極はアノード端子とカソード端子とを逆にして読み替えるものとする。

　また、以下の各実施形態において、同じ構成の部分、端子には同じ番号を用いており、特性を示す図においても、特に断りが無い限り、同じ記号の部品には同じ素子値を用いてシミュレーション計算した結果を示す。なお、特に記述のない場合、トランジスタとして、エミッタ面積が４８μｍ²のサイズのＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いている。また、サイズの異なるトランジスタを用いる場合、エミッタ面積を上記のサイズ（４８μｍ²）に対する比で表している。

（第１実施形態）
　図１は、本実施形態に係る電圧発生回路の一例の構成を示す回路図である。図１に示すように、電圧発生回路１０１は、電源端子１０２とトランジスタ１０３のベース端子が抵抗１０４によって接続されている。また、トランジスタ１０３のベース端子が抵抗１０５、１０６を介してトランジスタ１０３のコレクタ端子に接続されており、トランジスタ１０３のエミッタ端子が抵抗１０７を介してトランジスタ１０８のコレクタ端子に接続されている。

　また、トランジスタ１０８のエミッタ端子が接地されており、トランジスタ１０８のベース端子がトランジスタ１０９のエミッタ端子に接続されている。また、トランジスタ１０９のベース端子が抵抗１０４を介して電源端子１０２に接続され、トランジスタ１０９のコレクタ端子が電源端子１１０に接続され、トランジスタ１０９のエミッタ端子が抵抗１１１を介して接地端子に接続されている。

　また、トランジスタ１１２のベース端子がトランジスタ１０３のコレクタ端子に接続され、トランジスタ１１２のエミッタ端子がトランジスタ１０３のエミッタ端子に接続され、トランジスタ１１２のコレクタ端子が電源端子１１３に接続されている。また、トランジスタ１１４のベース端子がトランジスタ１０８のコレクタ端子に接続され、トランジスタ１１４のコレクタ端子がトランジスタ１０８のベース端子に接続され、トランジスタ１１４のエミッタ端子が抵抗１１５を介して接地されている。また、トランジスタ１０９のベース端子に接続された端子１１６、或いは、抵抗１０５、１０６の間に接続された端子１１７を電源出力端子としている。

　ここで、電源端子１０２が第１の電源端子であり、電源端子１１３、１１０が、第１の電源端子と同じ極性の電源端子である。

　また、抵抗１０４が第１の抵抗であり、トランジスタ１０８が第１のバイポーラトランジスタであり、抵抗１０５、１０６でベースコレクタ間が接続されたトランジスタ１０３と抵抗１０７とが、破線で示す第１の回路１１８を構成している。

　また、第１の回路１１８は、端子１１６に接続される第１の端子と、トランジスタ１０８のコレクタ端子に接続される第２の端子の間に、トランジスタ１０３のベースエミッタ接合の順方向接合電圧と、抵抗１０７の電圧降下との和をトランジスタ１０３のエミッタ電流に応じて発生させる構成となっている。

　また、トランジスタ１０９が第２の回路であり、端子１１６（第１の回路の第１の端子）に接続される第１の端子と、トランジスタ１０８のベース端子に接続される第２の端子との間に、ベースエミッタ接合の順方向接合電圧をそのエミッタ電流に応じて発生させる構成となっている。

　また、トランジスタ１１４が第２のバイポーラトランジスタであり、トランジスタ１０３が第３のバイポーラトランジスタであり、トランジスタ１１２が第４のバイポーラトランジスタである。

　また、トランジスタ１０３のベース端子から抵抗１０５、１０６を介してトランジスタ１０３のコレクタ端子に至る経路が第１の接続経路である。電圧発生回路１０１では、トランジスタ１０３のベース端子と抵抗１０５の接続箇所が、第１の接続経路上の第１の接続端子となっている。

　また、トランジスタ１０３のエミッタ端子から、抵抗１０７を介して、トランジスタ１０８のコレクタ端子に至る経路にトランジスタ１１２のエミッタ端子が接続されている。電圧発生回路１０１では、トランジスタ１０３のエミッタ端子にトランジスタ１１２のエミッタ端子が接続されている。

　また、トランジスタ１１２のベース端子は、第１の接続端子とトランジスタ１０３のコレクタ端子の間の第１の経路に接続され、トランジスタ１１２のベース端子と第１の接続端子との間に抵抗１０５、１０６を有している。

　以下の説明において、電圧発生回路１０１の動作を実証するため、図１の回路構成のモデルを用いたシミュレーションを行い、出力電圧等の値の算出を行っている。なお、シミュレーションにおいては、抵抗１０４は３２００Ω、抵抗１０５は４５Ω、抵抗１０６は１５５Ω、抵抗１０７は２００Ω、抵抗１１１は８０００Ω、抵抗１１５は２０Ωとしている。また、電源電圧１０２、１１０、１１３は全て同電位としている。

　図２は本発明にかかる電圧発生回路の出力電圧と電源電圧の関係を示す図である。

　図２に示すグラフにおいて、グラフ曲線２０１は、端子１１６を電圧出力端子として用いたときの電圧発生回路１０１の出力電圧と電源電圧との関係を示しており、グラフ曲線２０２は、端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の回路１０１の出力電圧と電源電圧との関係を示している。また、グラフ曲線２０３は、抵抗１１１の抵抗値を１１０００Ωとした電圧発生回路１０１の出力電圧と電源電圧との関係を示している。なお、この抵抗１１１の抵抗値は、電源電圧が３Ｖのとき、端子１１７の出力電圧が、従来の電圧発生回路５１と同じ出力電圧となるように調整したものである。また、比較対象として図２のグラフには、従来の電圧発生回路５１の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフ曲線７１を示している。

　図２のグラフ曲線７１に示すように、従来の電圧発生回路５１の出力電圧は、電源電圧の増加とともに、傾きが緩やかになりながら増加をしている。逆に言うと、「電源電圧が減少すると傾きを増して出力電圧が低下している」。一方、グラフ曲線２０１に示すように、電圧発生回路１０１の端子１１６を電圧出力端子とした場合の低電源電圧における出力電圧が、従来の電圧発生回路５１の出力電圧（グラフ曲線７１）よりも高くなっている。これにより、電源電圧が低くなるほど傾きを増して出力電圧が低下する特性が改善され、電源電圧が約２．７Ｖ以上での傾きが、直線に近づいている。

　また、グラフ曲線２０２に示すように、電圧発生回路１０１の端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧は、電源電圧が約２．７Ｖ以上で出力電圧がほぼ一定となっている。

　本発明にかかる電圧発生回路は出力電圧の電源電圧依存性の改善を目的としており、特に低電源電圧での出力電圧の増加による改善を目的としている。そのため、出力電圧が高いと、低電源電圧での出力電圧が高くなり、一見改善しているように見えたり、抵抗１０４や、抵抗１１１を小さくすると回路の電流が大きく増加し、回路の電流が低い場合と比べて、改善できているように見えたりする場合がある。そのため、比較を行う場合において、第１の抵抗である抵抗１０４を従来の電圧発生回路５１の抵抗５４と同じ３２００Ωとし、抵抗１１１も従来技術の回路５１の抵抗５５の８０００Ωに対して小さくならないように設定して特性を比較している。

　さらに、電源電圧３Ｖにおいて、比較回路と同じ出力電圧となるよう、素子値を調整した結果のグラフも示して、特性の確認を行うようにしている。本実施形態の場合は、グラフ曲線２０３に示すように、抵抗１１１の値を変更した電圧発生回路１０１（出力電圧の電源電圧依存性をより正確に比較するためのモデル）が、従来の電圧発生回路５１の出力電圧に比べ、電源電圧依存性が広い範囲で低くなっていることが確認できる。

　なお、本発明の電圧発生回路において、低電圧範囲の電源電圧依存性の改善には、低電源電圧領域での回路の電流の一時的な増加を伴うので、回路の消費電流が全く増加していないわけではなく、本発明の範囲は回路の消費電流によって限定されるものではない。

　以下に本発明にかかる電圧発生回路１０１の動作について、従来の電圧発生回路５１、６１の動作と対比して説明する。図１８、１９に示す従来の電圧発生回路５１、６１では、トランジスタ５２のベース端子の電圧は、トランジスタ５２、５３のＶｂｅの和、すなわち、Ｖｂｅの２倍となる。トランジスタ５２のベース端子の電圧（グラフ曲線７１）は、電源電圧が、トランジスタ５２、５３がともにＯＮする電圧（およそ２．５Ｖ程度）以上で、増加することで、徐々に増加している。しかしながら、その電圧の変化は２．４Ｖから２．６Ｖ程度の変化であり、電源電圧の変化に比べればほとんど電圧変化がないとみなすことが可能である。

　そのため、上述の電源電圧範囲（２．５Ｖ以上）では、電源電圧の増加分は、そのほとんどが抵抗５４の両端電圧の増加分となり、「電源電圧の増加」にほぼ比例した、抵抗５４の電流の増加を生じる。抵抗５４を流れた電流のうち、トランジスタ５２のベースに流れ込む量は少なく、抵抗５４を流れた電流の多くはトランジスタ５３のコレクタに流れ込み（回路６１では抵抗６２を経由して、トランジスタ５３のコレクタに流れ込み）、トランジスタ５３のコレクタ電流の増加となる。

　通常トランジスタはベースエミッタ間電圧（Ｖｂｅ）に対してベース電流が指数関数的に急激に増加し、コレクタ電圧に必要な電圧が印加されていれば、コレクタ電流がベース電流のβ（電流増幅率）倍流れる。つまりコレクタ電流もＶｂｅに対して指数関数的な急激な増加となる。逆にベース電流やコレクタ電流を基準にしてみれば、電流が増加した場合でも、Ｖｂｅは対数的な緩やかな変化（徐々に傾きが緩やかになる変化）となる。この特性が、電圧発生回路５１の出力電圧の「電源電圧の増加に応じて、電圧出力端子に発生する電圧が少しずつ高くなる」性質を生じさせている。

　電圧発生回路６１の電圧出力端子５７の出力電圧は、電圧発生回路５１の出力電圧に対し抵抗６２での電圧降下（電流×抵抗６２の抵抗値）の分だけ低くなる、すなわち、出力電圧は、Ｖｂｅの２倍－（抵抗６２の電圧降下分）となる。上述のように電源電圧が２．５Ｖ以上の範囲では、電源電圧の増加に対し、電流の増加がおよそ比例するので、抵抗６２の電圧降下の増加分もまたおよそ比例する。

　以上のことより、電圧発生回路６１では、曲線的な変化（トランジスタ５２のベース端子電圧に発生する対数的な変化）を、直線的な変化（抵抗６２の電圧降下の変化）で打ち消すために、打ち消すことのできる電源電圧の範囲が限られてしまっていると考えられる。

　また、出力電圧の「電源電圧の増加に対し徐々に傾きが緩やかになる対数的な変化」は、電源電圧を減少させると考えた場合、傾きが急になる。そして、電源電圧が低電圧の範囲で電源電圧の減少に対し出力電圧の減少が急激になる。そのため、電源電圧が低い領域では、傾き自体の変化も大きくなる。そのため、直線的な変化（抵抗６２の電圧降下）で打ち消して平坦な出力領域を作ろうとしたとき、電源電圧が低い領域ほど、平坦な出力の範囲が狭くなってしまっていると考えられる。

　つまり、より広い範囲で出力電圧の変化を抑制するため、電源電圧の変化による出力電圧の対数関数的な変化、特に低電圧側の急激な変化を抑制することが重要である。そして、本発明の発明者は、低電圧側の急激な変化を抑制するには、低電源電圧時において、従来の電圧発生回路の抵抗５４（本発明の電圧発生回路１０１の抵抗１０４）を流れる電流を減少させ、低電源電圧時の出力電圧を上げることが有効であると考え、検討を重ねた結果、本発明にかかる電圧発生回路１０１の回路構成を得た。ただし、従来の電圧発生回路の抵抗５４（本実施の形態での抵抗１０４）を流れる電流を減少させるといっても、電源電圧の増加に伴って増加していく電流の増加分を少し抑制する程度で目的が達成される。

　従来の電圧発生回路５１、６１と同様、電圧発生回路１０１でも、トランジスタ１０９のベース電圧（図２のグラフ曲線２０１）は、電源電圧が約２．５Ｖ以上となるとき約２．４Ｖ～２．６Ｖの範囲で変化しており、電源電圧の変化の比べるとほぼ一定であるとみなすことができる。そのため、電源電圧の増加に対し、抵抗１０４を流れる電流の増加がおよそ比例している。また、トランジスタ１０３、１０８のベース端子に流れる電流は少ないので、この電流は、主に抵抗１０５、１０６を通って、トランジスタ１０３のコレクタ端子に流れ込む。

　トランジスタ１０３のコレクタ端子の電圧は、抵抗１０５、１０６の電圧降下の分だけベース端子の電圧より低くなるが、ベース端子よりコレクタ端子の電圧がわずかに低くても動作できるトランジスタの性質を利用している。

　電圧発生回路１０１において、トランジスタ１１２は、エミッタ端子の接続部がトランジスタ１０３のエミッタ端子と共通である。そのため、トランジスタ１０３のコレクタ電流が少ないときには、抵抗１０５、１０６の電圧降下を無視できるので、トランジスタ１１２とトランジスタ１０３のベースエミッタ間電圧は、ほぼ同じとみなすことができる。そのため電源電圧が増加するとトランジスタ１０３、１１２はともにコレクタ電流を増加させていくが、トランジスタ１０３のコレクタ電流が増加するにしたがって、抵抗１０５、１０６の電圧降下のためトランジスタ１１２のベース電圧を低下させる方向に働き、やがてトランジスタ１１２のコレクタ電流は極大値となった後、減少を始める。

　上述のような動作が行われることで、トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始める電源電圧の付近において、トランジスタ１１２のコレクタ電流が流れ、トランジスタ１１２のコレクタ電流は、そのままエミッタ電流として、トランジスタ１０８のコレクタ端子に流れ込む。このとき、同じ端子に流れ込むトランジスタ１０３側の電流が相対的に減少し、抵抗１０４を流れる電流が減少する。つまり、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用となる。

　この作用について、シミュレーション結果を調べたところ、トランジスタ１１２のエミッタ電流がトランジスタ１０８のコレクタ端子に流れ込むことで、抵抗１０４の電流が減少していることがわかった。一方で、トランジスタ１１２のエミッタ電流が増加した分に比べて、トランジスタ１０３の電流の減少した分が少なく、トランジスタ１１２のエミッタ電流の増加のほとんどは、トランジスタ１０８のコレクタ電流の増加となっていることがわかった。なお、トランジスタ１１２のエミッタ電流と、トランジスタ１０３の電流の減少に関しては、後述の第２実施形態でグラフを用いて説明する。

　すなわち、抵抗１０４を流れる電流が減少すると、トランジスタ１０９のベース端子の電圧が増加し、トランジスタ１０９のエミッタ電流が増加し、トランジスタ１０８のベース端子に流れこむ電流が増加する。これにより、トランジスタ１０８のベース電圧が上がり、トランジスタ１０８のコレクタ電流を増加させるので、結果として、トランジスタ１０３側の電流（抵抗１０４を流れる電流）の減少を抑制する方向のフィードバックとなっている。

　そこで、電圧発生回路１０１は、さらに、抵抗１０７、１１５、トランジスタ１１４を備えている。以下、各トランジスタのベースエミッタ間電圧をＶｂｅとして、「トランジスタ１０８のエミッタ端子の電位」＝「接地端子の電位」＝０Ｖから、順にたどって計算する。

　まず、エミッタが接地されたトランジスタ１０８のベースエミッタ間電圧に着目すれば、「トランジスタ１０８のベース端子の電位」＝「トランジスタ１０９のエミッタ端子の電位」＝Ｖｂｅである。

　また、トランジスタ１０９のベースエミッタ間電圧に着目すれば、「トランジスタ１０９のベース端子の電位」＝「トランジスタ１０３のベース端子の電位」＝Ｖｂｅの２倍である。

　さらに、トランジスタ１０３のベースエミッタ間電圧に着目すれば、「トランジスタ１０３のエミッタ端子の電位」＝「Ｖｂｅの２倍－Ｖｂｅ」＝Ｖｂｅとなる。

　また、抵抗１１５は、調整用の抵抗なのでひとまず無視し、トランジスタ１１４はエミッタ端子が接地されていると考えた上で、トランジスタ１１４のベースエミッタ間電圧に着目すれば、抵抗１０７を流れる電流が少ない間（抵抗１０７の電圧降下を無視できる間）は、「トランジスタ１０３のエミッタ端子の電位」の電位であるＶｂｅがトランジスタ１１４のベース端子にかかっている。

　そのため、電源電圧が増加するにしたがってトランジスタ１１４は他のトランジスタと同じくコレクタ電流を流し始める。そして、トランジスタ１０３のエミッタ端子から、抵抗１０７を通ってトランジスタ１０８のコレクタ端子に流れ込む電流が増加すると、抵抗１０７の電圧降下の作用で、トランジスタ１１４のベース端子の電圧を低下させる方向に働く。つまり、トランジスタ１１４のコレクタ電流は、電源電圧の増加に従って増加し、やがて、極大値となり、減少を始める。

　以上示したように、トランジスタ１１４のコレクタ電流は、トランジスタ１０３がコレクタ電流（または、エミッタ電流）を流し始める電源電圧の付近において流れる。つまり、トランジスタ１１４は、トランジスタ１０３がコレクタ電流（または、エミッタ電流）を流し始める期間にトランジスタ１０８のベース端子に流れ込もうとする電流を接地に流し、トランジスタ１０８のベース端子の電圧の増加を抑制する。その結果、トランジスタ１０８のコレクタ電流の増加が抑制され、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用となる。

　なお、トランジスタ１１４のエミッタ電流と、トランジスタ１０３の電流の減少に関しては、後述の第３実施形態でグラフを用いて説明する。

　仮に、トランジスタ１１４のコレクタ電流が流れすぎ、トランジスタ１０８のベース端子の電圧が下がりすぎると、低電源電圧のときの出力電圧が上がりすぎてしまう場合もある。本実施の形態では、抵抗１１５によって、トランジスタ１１４のコレクタ電流を減少させる方向に調整している。また、トランジスタ１１４のコレクタ電流の調整は、エミッタ端子への抵抗１１５の接続による構成のほか、トランジスタ１１４の素子サイズを変更することでも可能である。或いは、抵抗１１５の替わりにトランジスタ１１４のベース端子を抵抗を介してトランジスタ１０８のコレクタ端子に接続する構成を用いることでも可能である。このように、トランジスタ１１４のベース端子とトランジスタ１０８のコレクタ端子とを接続する抵抗は抵抗１１５の「β（トランジスタ１１４の電流増幅率）＋１」倍とすることで同じ特性を得ることができる。さらには、上述の構成を組み合わせて用いてもよい。

　以上説明したとおり、電圧発生回路１０１では、「抵抗１０４を流れる電流を減少させる作用」を実現するため、トランジスタ１０８のコレクタ端子に電流を流し込む別の経路としてのトランジスタ１１２と、トランジスタ１０８のベース端子に流れ込む電流を接地に流すトランジスタ１１４を有している。そして、電圧発生回路１０１では、「抵抗１０４を流れる電流を減少させる作用」が、「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」、つまり、「低電源電圧の時」に働くように、抵抗１０５、１０６、１０７の電圧降下の働きを利用している。

　電圧発生回路１０１では、抵抗１０４、１１１を、従来の電圧発生回路５１の対応する抵抗５４、５５の値と等しい抵抗値とし、トランジスタ１０８、１０９も対応するトランジスタ５３、５２と等しいサイズにしてある。そのため、仮に、電圧発生回路１０１において、低電源電圧のときに電流を流すトランジスタ１１２、１１４が無ければ、端子１１６の出力電圧は、従来の電圧発生回路５１の出力電圧とほぼ同じになる。このことは、図２に示すグラフ曲線２０１が、約４Ｖ（トランジスタ１１２、１１４の働きが少なくなる電源電圧）以上で、グラフ曲線７１とほぼ近い形状となっていることからも明らかである。

　逆に、図２において、電源電圧が約４Ｖ以下の範囲で、グラフ曲線２０１とグラフ曲線７１との差が大きくなっていることは、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用により、低電源電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れているものといえる。このことから、電圧発生回路１０１の端子１１６の出力電圧（グラフ曲線２０１）は、出力電圧のグラフ曲線７１の対数的な変化、すなわち、電源電圧が低くなるほど傾きを増して出力電圧が急激に低下する変化を抑制する結果となっている。

　また、上述の効果で、電圧発生回路１０１において、電源電圧が約２．７Ｖ以上の範囲で、端子１１６での出力電圧の電源電圧依存性が直線的なものに近づいている。端子１１６の電圧の電源電圧依存性が直線的なものに近づくと、従来の電圧発生回路６１の構成（抵抗６２の作用）を適用して、広い電源電圧の範囲で、電源電圧依存性を効果的に打ち消すことができる。電圧発生回路１０１では、抵抗１０５が電圧発生回路６１の抵抗６２と同じ働きをし、電流に比例して電圧降下を生じ、直線的に電圧が増加する端子１１６の電圧変化を打ち消す。そして、電圧発生回路１０１では、抵抗１０５と抵抗１０６との間に接続された端子１１７からの出力電圧は、上述の抵抗１０５の電圧降下による作用を得ることができる。実際、図２のグラフ曲線２０２に示すように、電圧発生回路１０１は、電源電圧２．７Ｖ以上で端子１１７にほぼ一定の出力電圧を生じさせている。

　第１の回路として可能な構成の例について図面を参照して説明する。図３は第１の回路を示す図である。図３は破線で示した第１の回路３１３を、周辺の素子である抵抗１０４と、トランジスタ１０８とともに示している。図３に示す端子３０１が第１の抵抗１０４が接続される端子（第１の回路の第１の端子）であり、端子３０２が第１のバイポーラトランジスタ１０８のコレクタ端子が接続される端子（第１の回路の第２の端子）である。

　第１の回路３１３は、トランジスタ１０３と、その周囲の接続（３０３～３０７）とによって構成されている。第１の回路３１３において、トランジスタ１０３のベース端子から接続３０４、３０５、３０６を介してトランジスタ１０３のコレクタ端子に至る経路が第１の接続経路であり、第１の端子である端子３０１と接続３０３によって接続される第１の接続経路上の端子３０８が第１の接続端子となる。

　なお、これらの接続（３０３～３０７）のあるものは抵抗であり、残りのものは配線であるものとする。例えば、電圧発生回路１０１の第１の回路１１８は、図３の第１の回路３１３において、接続３０３、３０４を配線とし、接続３０５、３０６、３０７をそれぞれ抵抗１０５、１０６、１０７としたものである。そして、第１の回路１１８では、第１の接続経路の端子３１１にトランジスタ１１２（第４のバイポーラトランジスタ）のベース端子が接続される。また、トランジスタ１０３のエミッタ端子から接続３０７を経てトランジスタ１０８のコレクタ端子へ至る経路に（電圧発生回路１０１ではトランジスタ１０８のコレクタ端子に）トランジスタ１１２（第４のバイポーラトランジスタ）のエミッタ端子が接続される。

　図３に示す第１の回路３１３は、端子３０２（電圧発生回路１０１ではトランジスタ１０８のコレクタ端子）に、電圧発生回路１０１のトランジスタ１１４（第２のバイポーラトランジスタ）のベース端子を制御する電圧を発生させる回路である。そのため、第１の端子３０１と第２の端子３０２の間に、トランジスタ１０３の順方向のベースエミッタ接合電圧と抵抗による電圧降下との和をエミッタ電流に応じて発生させる回路とする必要がある。そのため、第１の端子３０１から、接続３０３、接続３０４、トランジスタ１０３のベースエミッタ接合、そして、接続３０７を経由して第２の端子３０２に至る経路に少なくとも１個の抵抗が必要である。

　例えば、接続３０７が抵抗であれば、トランジスタ１０３のエミッタ電流が直接流れ、エミッタ電流に応じて電圧降下を生ずる。当然接続３０３にも、接続３０７とほぼ同じ電流が流れるので接続３０３が抵抗であれば同様に電圧降下を生じる。また、トランジスタ１０３のベース端子には、エミッタ電流の（β＋１）分の１の電流が流れるのでベース端子に接続された接続３０４が抵抗であれば、やはりエミッタ電流に応じた電圧降下を生じる。接続３０４の位置に抵抗を接続する場合において、接続３０３、３０７を抵抗とした場合と同じ電圧降下の作用を生ずるためには、接続３０４の位置の抵抗の抵抗値を、接続３０３、３０７の位置に接続する抵抗に比べて（β＋１）倍の大きさの抵抗値とすればよい。

　上述のような構成とすることで、トランジスタ１１４のベース端子の電圧を上述のように制御することができる。すなわち、トランジスタ１１４のベース端子にはＶｂｅの電圧が生じ、トランジスタ１０３のエミッタ電流が増すにつれて（電源電圧が増すにつれて）、抵抗の電圧降下の影響で、電圧が低下するように制御された電圧を生じさせることができる。

　また、電圧発生回路１０１では、トランジスタ１１２のベースエミッタ間の電圧を、トランジスタ１０３のベースエミッタ間の電圧よりもトランジスタ１０３のコレクタ電流に応じて低くなるように制御する必要がある。つまり、少なくともトランジスタ１１２のベース端子の電位が、トランジスタ１０３のベース端子が接続している第１の接続端子３０８の電位より、トランジスタ１０３のコレクタ電流に応じて低くなる端子に接続されている必要がある。第１の接続端子３０８とトランジスタ１０３のコレクタ端子３１１との間の第１の接続経路上の端子として、たとえば、端子３１１に、トランジスタ１１２のベース端子を接続するとすれば、第１の接続端子３０８と端子３１１との間の第１の接続経路（接続３０５、３０６）のどこかに少なくとも抵抗が必要となる。（電圧発生回路１０１では、接続３０５、３０６の両方を抵抗としている。）

　一方、トランジスタ１０３のコレクタ電流のβ分の１の電流がトランジスタ１０３のベース電流として接続３０４に流れる。そのため、もし接続３０４が抵抗であった場合、トランジスタ１０３のベース端子の電位は、接続３０４の位置に配された抵抗の電圧降下の分だけ第１の接続端子３０８の電位より低下する。

　このとき、第１の経路上のトランジスタ１１２のベース端子が接続される端子（ここでは、端子３１１）の電位がその分余分に低下するように抵抗を調整する必要がある。つまり、トランジスタ１０３のベース端子と第１の接続端子との間の第１の接続経路（経路３０５、３０６）の抵抗を接続３０４の抵抗のβ分の１だけ余分に大きく設定する必要がある。

　さらに、トランジスタ１０３のコレクタ電流とほぼ同じ電流がトランジスタ１０３のエミッタ電流として接続３０７に流れる。そのため、もし接続３０７の位置に抵抗があって、トランジスタ１１２のエミッタ端子が、端子３０２に接続されていた場合、端子３０２の電位が、トランジスタ１０３のエミッタ端子３１２の電位より、電圧降下の分だけ低下する。このとき、第１の経路上のトランジスタ１１２のベース端子が接続される端子（ここでは端子３１１）の電位が、その分余分に低下するように上述の抵抗を調整する必要がある。つまり、トランジスタ１０３のベース端子と第１の接続端子との間の第１の接続経路（接続３０５、３０６）に配された抵抗を接続３０７の位置に配された抵抗だけ余分に大きく設定する必要がある。

　以上のことをまとめると、「トランジスタ１０３のベース端子と第１の接続端子との間の抵抗」が、「接続３０７の抵抗」と「接続３０４の抵抗のβ分の１」との和より、大きく設定されているという条件が必要である。

　この構成によって、トランジスタ１０３のコレクタ電流によって第４のバイポーラトランジスタであるトランジスタ１１２のベースエミッタ間の電圧が第３のバイポーラトランジスタであるトランジスタ１０３のベースエミッタ間の電圧より、抵抗の電圧降下によって低く設定される。そして、コレクタ電流の増加とともに、電圧降下が増大するので、上述したようにトランジスタ１１２は低い電源電圧でコレクタ電流を流すものの、電源電圧の増加とともにコレクタ電流が極大値となり、減少に転じる。

　なお、トランジスタ１１２のベース端子やエミッタ端子は抵抗を介してそれぞれ第１の接続経路や「接続３０７に相当するトランジスタ１０３のエミッタ端子から、トランジスタ１０８のコレクタ端子に至る経路」に接続することが可能で、それらの抵抗の働きでトランジスタ１１２のコレクタ電流の前述の極大値を減少させる方向に調整したり、極大値となる電源電圧のタイミングを調整したりすることができる。又は、トランジスタ１１２の素子サイズで電流量を調整することも可能である。さらには、これらの構成を組み合わせて用いても良い。

　また、仮にトランジスタ１１２のコレクタ端子が抵抗１０４を介して電源に接続されている場合、つまり、図３の端子３０１、３１０又は３１１に接続されている場合について考える。この仮定のもと、トランジスタ１１２がエミッタ電流を流して低電圧側の出力電圧を上げようとするとき、トランジスタ１１２のコレクタ電流が抵抗１０４を流れ、抵抗１０４の電圧降下がその効果を全て打ち消してしまう。そのため、トランジスタ１１２のコレクタ端子は、抵抗１０４を構成する抵抗素子の少なくとも一部を経由しないようにし、上記の作用の全てを打ち消してしまわないようにする必要がある。また、電圧発生回路１０１のようにトランジスタ１１２のコレクタ端子と電源端子との接続経路上に、抵抗１０４の一部も存在しない構成であることが好ましい。

　次に、電圧出力端子を含む構成について図３を参照して説明する。図３の第１の回路３１３において、電圧発生回路１０１の端子１１６に相当する端子は端子３０１である。上述したように、電圧発生回路１０１では、端子１１６に発生する出力電圧は、トランジスタ１１２やトランジスタ１１４の流す電流の働きで、低電源電圧側の急激な電圧低下が改善されている。

　電圧発生回路１０１における端子１１７のように、上述の改善された電圧（端子１１６の出力電圧）から、電源電圧の増加にほぼ比例して電圧を低下させた電圧を出力電圧として用いたい場合は、端子３０１から見てトランジスタ１０３のコレクタ端子側に抵抗を介して電圧出力端子を配置すればよい。つまり、接続３０３、３０５、３０６のいずれかの位置を抵抗とし、端子３０１からみて少なくともひとつの抵抗（例えば接続３０３の位置の抵抗）を挟んで電圧出力端子を配置することで、このような効果を得ることができる。

　前述のように接続３０４にもβ分の１の電流が流れているので接続３０４が抵抗の場合に、接続３０４を挟んでトランジスタ１０３のベース側の端子３０９を電圧出力端子としても、電源電圧の増加に応じて出力電圧が低下する効果を得ることができる。ただし、ベース電流が小さく接続３０４を抵抗とする場合は通常大きな抵抗とすることが多い、その場合、電圧発生回路の電源としての内部抵抗が大きなものになってしまい、好ましくない場合も多くなる。また、抵抗１０４を分割してその間の端子を電圧出力端子とすることも可能であり、端子３０１に発生した低電圧側が改善された電圧に対し、電源電圧の増加に応じて出力電圧が直線的に増加した出力電圧が得られる。

　つまり、第１の回路３１３の端子３０１に、「電源電圧が低くなるほど傾きを増し、出力電圧が低下する」傾向を改善した電圧を発生させることができれば、トランジスタ１０３のコレクタ電流が流れる抵抗を介して出力することで、その抵抗値によって希望の傾きの出力電圧を得ることができる。なお、第１の接続経路へのトランジスタ１１２のベース端子の接続位置と電圧出力端子の接続位置は、相互の関係として特に必要な条件は無く、独立して選ぶことができる。

　次に、第２の回路の可能な構成について図面を参照して説明する。図４Ａ～Ｄは第２の回路の他の例を示す図である。電圧発生回路１０１において、第２の回路は、第１の回路の第１の端子と、第１のバイポーラトランジスタ１０８のベース端子との間に、順方向の接合電圧を発生させることが目的であり、従来の電圧発生回路（例えば、電圧発生回路５１、６１）で取りうる構成と同じものを利用することができる。

　図４Ａの回路４０１は、電圧発生回路１０１の構成で示したトランジスタによる構成の概略図である。コレクタ端子は、電源に接続するが、上述のように電圧はそのベース端子程度の電圧以上であればよい。このことから、図４Ｂの回路４０２のように、コレクタ端子をベース端子に接続した構成とすることもできる。回路４０２は２端子回路として捉えると、ダイオード特性そのものであるので、図４Ｃの回路４０３のようにダイオードで置き換えることが可能である。このときダイオードは、回路４０２のようにトランジスタの２端子を用いたもののほか、トランジスタの１端子を未接続にした回路としても良い。当然ダイオードの場合、電源１０２に対し順方向の向きに接続する必要がある。また、図４Ｄの回路４０４のようにコレクタ端子とベース端子を抵抗で接続し、ベース端子を第１の端子、エミッタ端子を第２の端子としても、抵抗による電圧降下分が、コレクタ端子の電圧余裕範囲内であればダイオードと同様に動作する。この場合、コレクタ端子の電圧を他の制御電圧に利用しても良い。

　なお、一般に第２の接合素子であるダイオードに直列に抵抗を接続したり、トランジスタのベース端子と回路の間に、或いは、エミッタ端子と回路との間に抵抗を挿入したりすると、多くの場合は、電源電圧の増加とともに抵抗を流れる電流が増加して、出力電圧が増加する。そのため、「電源電圧の増加に対し徐々に増加する出力電圧を改善する」本発明の目的から、好ましくない場合が多い。しかし後述するように、電源電圧の増加とともに抵抗を流れる電流が減少する場合、抵抗を入れることで電源電圧の増加に対し徐々に増加する出力電圧を改善できる場合もあり、出力電圧の電源電圧依存性の調整方法のひとつとして利用できる場合もある。

　また、電圧発生回路１０１に配置している抵抗１１１は必須な構成ではない（後述の回路において、抵抗１１１の無い例を示す）。しかし、抵抗１１１があることで、トランジスタ１０９には早くから電流が流れ、トランジスタ１０９のベースエミッタ間の電圧が早めに安定する効果がある。また、電源電圧が低電圧時に、トランジスタ１０８のベース電圧の余分な上昇を抑制し、トランジスタ１０８のコレクタ電流（抵抗１０４を流れる電流）が抑制され、抵抗１０４の電圧降下が減少して出力電圧を高くする効果があるので、低めの電源電圧での動作が比較的良好となる効果もある。また、抵抗１１１の代わりに、ダイオード、ダイオードと抵抗の直列回路、カレントミラーなどの電流源を接続して、トランジスタ１０９のエミッタから電流を接地に流す構成とすることもできる。

　本発明にかかる電圧発生回路１０１を用いることで、低電圧における電源電圧依存性が改善された、電圧発生回路を提供することが可能であり、より広い電源電圧の範囲で電源電圧依存性の低い電圧発生回路を提供することが可能である。

（第２実施形態）
　本発明にかかる電圧発生回路の他の例について図面を参照して説明する。図５は本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。

　図５に示すように、電圧発生回路５０１は、第２のバイポーラトランジスタであるトランジスタ１１４及び抵抗１１５が備えられていない以外、図１に示す電圧発生回路１０１と同じ構成を有しており、本実施形態は、トランジスタ１１４及び抵抗１１５が無い構成でも、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用が、抵抗１０５、１０６、トランジスタ１１２の働きによって生じ、低電源電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れる効果を生み出すことを示すためのものである。

　以下の説明において、電圧発生回路５０１の動作を実証するため、図５の回路構成のモデルを用いたシミュレーションを行い、出力電圧等の値の算出を行っている。

　なお、シミュレーションにおいては、第４のトランジスタ１１２を４倍のエミッタサイズの素子としている。また、抵抗１０５は３５Ω、抵抗１０６は１６５Ωとしている。また、電源電圧１０２、１１０、１１３は全て同電位としている。

　図６は、図５に示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。また、図７は、図５に示す電圧発生回路の各部の電流と電源電圧との関係を示す図である。

　図６において、グラフ曲線６０１は電圧発生回路５０１で端子１１６を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧と電源電圧との関係を示している。グラフ曲線６０２は電圧発生回路５０１で端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧と電源電圧との関係を示している。また、グラフ曲線６０３は、電源電圧が３Ｖのときの端子１１７の出力電圧が、従来の電圧発生回路５１と同じ出力電圧となるようトランジスタ１０９のサイズを１．９倍のエミッタサイズに変更した電圧発生回路５０１の出力電圧と電源電圧との関係を示している。なお、比較のためにグラフ曲線７１として、従来の電圧出力回路５１の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフを示す。

　図６のグラフ曲線６０１に示すように、電圧発生回路５０１の端子１１６を電圧出力端子とした場合の低電源電圧における出力電圧が、従来の電圧発生回路５１の出力電圧（グラフ曲線７１）よりも高くなっている。これにより、電源電圧が低くなるほど傾きを増して出力電圧が低下する特性が改善され、約３Ｖ以上の電源電圧での傾きが、直線に近づいている。

　また、グラフ曲線６０２に示すように、電圧発生回路５０１の端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧は、電源電圧が約３Ｖ以上で出力電圧がほぼ一定となっている。

　さらに、グラフ曲線６０３に示すように、トランジスタ１０９のサイズを変更した電圧発生回路５０１（出力電圧の電源電圧依存性をより正確に比較するためのモデル）も、従来の電圧発生回路５１の出力電圧に比べ、電源電圧依存性が広い範囲で低くなっていることが確認できる。

　以下に本発明にかかる電圧発生回路５０１の動作について説明する。電圧発生回路５０１は、電圧発生回路１０１からトランジスタ１１４、抵抗１１５を取り除いた構成となっている。電圧発生回路５０１は、トランジスタ１１４、抵抗１１５が無い構成でも、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用が発生し、抵抗１０５、１０６とトランジスタ１１２の働きによって生じ、低電源電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れる効果を生み出すことを示すためのものである。ただし、上記のトランジスタ１１４の働きがない分、トランジスタ１１２の働きを強めるためにトランジスタ１１２の素子サイズを大きくした例として示している。　

　図７において、グラフ曲線７０１は電圧発生回路５０１におけるトランジスタ１０３のエミッタ電流と電源電圧との関係を示している。グラフ曲線７０２はトランジスタ１１２のエミッタ電流と電源電圧との関係を示している。また、比較のために、グラフ曲線７０３として、電源発生回路５０１から、第４のトランジスタ１１２を除いた回路での第３のトラジスタ１０３のエミッタ電流と電源電圧との関係を示すグラフを示す。

　図７のグラフ曲線７０２に示すように、主に低電源電圧側でトランジスタ１１２がエミッタ電流を流していることがわかる。また、グラフ曲線７０３よりグラフ曲線７０２がわずかに下にある。低電源電圧側で電流を流すトランジスタ１１２があることで、トランジスタ１０３のエミッタ電流がグラフ曲線７０３からグラフ曲線７０１へと相対的に減少していることがわかる。

　上述の電圧発生回路１０１のように、このトランジスタ１０３のエミッタ電流の減少分（グラフ曲線７０３とグラフ曲線７０１との差）は、トランジスタ１１２のエミッタ電流（グラフ曲線７０２）に対して小さく、トランジスタ１１２の電流のほとんどは、トランジスタ１０８のコレクタ電流の増加となっている。そして、わずかにトランジスタ１０３のエミッタ電流（抵抗１０４を流れる電流）が減少し、その作用により低電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れている。

　このことから、電圧発生回路５０１でも低電源電圧側の出力電圧を増加させることで、出力電圧の電源電圧依存性を直線的なものに近づけることができている。そして、出力電圧の電源電圧依存性が直線的なものに近づくと、抵抗１０５が、電流に比例して電圧降下を生じるため、直線的に電圧が増加する端子１１６の電圧を打ち消し、端子１１７に広い電源電圧範囲で電圧電源電圧依存性が少ない出力電圧を発生させることが可能となっている。

　以下に、図３の第１の回路３１３を用いて、電圧発生回路５０１の第１の回路として可能な構成について説明する。電圧発生回路５０１は、電圧発生回路１０１のトランジスタ１１４、抵抗１１５が無い構成であり、トランジスタ１１４のベース電圧を制御する必要がない。そのため、第１の回路３１３が第１端子３０１と第２端子３０２の間に、トランジスタ１０３の順方向のベースエミッタ接合電圧と抵抗とによる電圧降下をエミッタ電流に応じて発生させる必要がない。したがって、第１の端子３１３から、接続３０３、接続３０４、トランジスタ１０３のベースエミッタ接合、接続３０７を経由して第２の端子に至る経路に抵抗は必要ない。つまり、電圧発生回路５０１中に示した抵抗１０７は本実施の形態では特に必要な構成ではない。ただし、抵抗があっても動作に支障が無いので、電圧発生回路５０１では抵抗１０７を残している。

　一方で、トランジスタ１１２のベースエミッタ間電圧を制御するための、第１の接続経路上の第１の接続端子とトランジスタ１１２のベース端子の接続箇所、第１の接続端子とトランジスタ１１２のベース端子との間の第１の接続経路の抵抗値に必要な条件は、電圧発生回路１０１と同じである。また、トランジスタ１１４と、抵抗１１５を除く各素子の取りうる構成や、調整の方法に関しては、電圧発生回路１０１と同様である。

（第３実施形態）
　本発明にかかる電圧発生回路のさらに他の例について図面を参照して説明する。図８は本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。

　図８に示すように、電圧発生回路８０１は、第４のバイポーラトランジスタであるトランジスタ１１２及び電源端子１１３を備えていない以外、電圧発生回路１０１と同じであり、本実施形態は、トランジスタ１１２と電源端子１１３が無い構成でも、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用が、抵抗１０７、１１５、トランジスタ１１４の働きによって生じ、低電源電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れる効果を生み出すことを示すためのものである。

　以下の説明において、電圧発生回路８０１の動作を実証するため、図８の回路構成のモデルを用いたシミュレーションを行い、出力電圧等の値の算出を行っている。

　なお、シミュレーションにおいては、電源発生回路８０１には、電圧発生回路１０１の第４のトランジスタ１１２の働きがない分、第２のバイポーラトランジスタであるトランジスタ１１４の働きを強めるために、電圧発生回路１０１では２００Ωであった抵抗１０７の抵抗値を５０Ωとしている。また、抵抗１０５は３０Ω、抵抗１０６は１７０Ωとしている。また、電源電圧１０２、１１０は同電位としている。

　図９は図８に示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。また、図１０は図８に示す電圧発生回路の各部の電流と電源電圧との関係を示す図である。

　図９において、グラフ曲線９０１は、電圧発生回路８０１の端子１１６を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧と電源電圧との関係を示している。グラフ曲線９０２は電圧発生回路８０１の端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧と電源電圧との関係を示している。グラフ曲線９０３は、電源電圧が３Ｖのときの端子１１７の出力電圧が、従来の電圧発生回路５１と同じ出力電圧となるよう、抵抗１１１の抵抗値を２４０００Ωに変更した電圧発生回路８０１の電圧出力と電源電圧との関係を示している。なお、比較のためにグラフ曲線７１として、従来の電圧出力回路５１の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフを示す。

　図９のグラフ曲線９０１に示すように、電圧発生回路８０１の端子１１６を電圧出力端子とした場合の低電源電圧における出力電圧が、従来の電圧発生回路５１の出力電圧（グラフ曲線７１）よりも高くなっている。これにより、電源電圧が低くなるほど傾きを増して出力電圧が低下する特性が改善され、約３Ｖ以上の電源電圧での傾きが、直線に近づいている。

　また、グラフ曲線９０２に示すように、電圧発生回路８０１の端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧は、電源電圧が約３Ｖ以上で出力電圧がほぼ一定となっている。

　さらに、グラフ曲線９０３に示すように、抵抗１１１の抵抗値を変更した電圧発生回路８０１（出力電圧の電源電圧依存性をより正確に比較するためのモデル）も、従来の電圧発生回路５１の出力電圧に比べ、電源電圧依存性が広い範囲で低くなっていることが確認できる。

　以下に本発明にかかる電圧発生回路８０１の動作について説明する。図１０に示すグラフ曲線１００１は、電圧発生回路８０１におけるトランジスタ１０３のエミッタ電流であり、グラフ曲線１００２は抵抗１１１に流れる電流とトランジスタ１１２のコレクタ電流の和を示している。また、比較のため、電圧発生回路８０１からトランジスタ１１４と抵抗１１５だけを除いた回路でシミュレーションしたときの、トラジスタ１０３のエミッタ電流であるグラフ曲線１００３と、抵抗１１１を流れる電流であるグラフ曲線１００４も示している。

　図１０に示すように、トランジスタ１１４があることで、トランジスタ１１４と抵抗１１１によって接地に流れる電流（グラフ曲線１００２）が、トランジスタ１１４が無く抵抗１１１だけの電流（グラフ曲線１００４）よりも低電源電圧側で大きくなっていることがわかる。また、グラフ曲線１００３よりグラフ曲線１００１がわずかに下にある。低電源電圧側で電流を流すトランジスタ１１４があることで、トランジスタ１０３のエミッタ電流がグラフ曲線１００３からグラフ曲線１００１へと相対的に減少していることがわかる。そして、わずかにトランジスタ１０３のエミッタ電流（抵抗１０４を流れる電流）が減少し、その作用により低電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れている。

　このことから、電圧発生回路８０１でも低電源電圧側の出力電圧を増加させることで、出力電圧の電源電圧依存性を直線的なものに近づけることができている。そして、出力電圧の電源電圧依存性が直線的なものに近づくと、抵抗１０５が、電流に比例した電圧降下を生じるため、直線的に電圧が増加する端子１１６の電圧を打ち消し、端子１１７に広い電源電圧範囲で電源電圧に対する依存性が少ない出力電圧を発生させることが可能となっている。

　図３を用いて、第１の回路として可能な構成を説明する。電圧発生回路８０１では、上述のように、電圧発生回路１０１のトランジスタ１１２、電源端子１１３が無い構成である。そのため、トランジスタ１１２のベース端子、エミッタ端子を接続する位置と、それらの電圧差を制御するための接続端子間の抵抗値に関係する条件は必要ない。つまり、電圧発生回路８０１中に示した抵抗１０６は特に必要ない。

　また、電圧出力端子１１７を用いず、電圧出力端子１１６を用いる場合は、抵抗１０５も必要なく、トランジスタ１０３はベース端子とコレクタ端子が接続された構成となるので、ダイオードで置き換える、すなわち第１の回路を順方向に接続されたダイオードと抵抗の直列回路とすることも可能である。なお、抵抗１０６の位置に抵抗があっても動作に支障が無いので、電圧発生回路８０１では抵抗１０６を残した形で示している。

　一方で、トランジスタ１１４のベース端子の電圧を制御するため、第１の回路３１３が第１端子３０１と第２端子３０２の間に、トランジスタ１０３の順方向のベースエミッタ接合電圧（或いは、順方向のダイオード接合電圧）と抵抗による電圧降下をエミッタ電流（或いは、ダイオード電流）に応じて発生させる必要がある。したがって、第１の端子から、接続３０３、接続３０４、トランジスタ１０３のベースエミッタ接合、接続３０７を経由して第２の端子に至る経路のいずれかの少なくとも一箇所に抵抗が必要となる。その他の、トランジスタ１１２と、電源端子１０３を除く各素子の取りうる構成や、調整の方法に関しては、回路１０１と同様である。

（第４実施形態）
　本発明にかかる電圧発生回路の他の例について図面を参照して説明する。図１１Ａは本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図であり、図１１Ｂは本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。

　図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、電圧発生回路１１０１、電圧発生回路１１０２は、ベース端子とコレクタ端子を接続したトランジスタ１１０３を有している。このトランジスタ１１０３は、ベース端子をアノード端子、エミッタ端子をカソード端子としたダイオオードとみなすことができる。

　ここで、ダイオード１１０３（トランジスタ１１０３）が第２の回路であり、ダイオードのアノード端子が第１の端子であり、カソード端子が第２の端子である。

　また、電圧発生回路１１０１、１１０２では、端子１１７を省き、端子１１６だけを有する電圧発生回路としている。

　以下の説明において、電圧発生回路１１０１、１１０２の動作を実証するため、図１１Ａ、図１１Ｂの回路構成のモデルを用いたシミュレーションを行い、出力電圧等の値の算出を行っている。

　なお、シミュレーションにおいては、トランジスタ１１０３は１０分の１のエミッタサイズとしている。また、抵抗１１０４、１０７は１００Ω、抵抗１１５は２０００Ωとしている。また、電圧発生回路１１０１では、電源電圧１０２、１１０は同電位としている。

　図１２は図１１Ａ及び図１１Ｂに示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。図１２において、グラフ曲線１２０１は電圧発生回路１１０１の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフである。グラフ曲線１２０２は電圧発生回路１１０２の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフである。また、比較のためにグラフ曲線７１として、従来の電圧発生回路５１の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフを示す。

　本実施形態の回路は、第２の回路がダイオード１１０３となっているため、従来の電圧発生回路５１との直接的な比較が困難である。そこで、電圧発生回路１１０１、１１０２のそれぞれトランジスタ１１２、１１４、抵抗１１５が無い構成（両回路とも同じ構成となる）を比較回路とし、その電圧出力と電源電圧との関係をグラフ曲線１２０３として示している。

　図１２のグラフ曲線１２０３に示すように、上述の比較回路の低電源電圧側における出力電圧が、従来の電圧発生回路５１の出力電圧よりも、低くなっている。このことは、第２の回路のトランジスタをダイオードに置き換えたことによるものである。そのため、同じ第２の回路の構成を有する電圧発生回路１１０１、１１０２（グラフ曲線１２０１、１２０２）は、この比較回路の出力電圧（グラフ曲線１２０３）の特性に対して以下に比較を行う。

　図１２のグラフ曲線１２０１に示すように、電圧発生回路１１０１の低電源電圧における出力電圧が、上述の比較回路の出力電圧（グラフ曲線１２０３）よりも高くなっている。これにより、電源電圧が低くなるほど傾きを増して出力電圧が低下する特性が改善され、約３．５Ｖ以上の電源電圧での傾きが、直線に近づいている。また、図１２のグラフ曲線１２０２に示すように、電圧発生回路１１０２の低電源電圧における出力電圧が、上述の比較回路の出力電圧（グラフ曲線１２０３）よりも高くなっている。これにより、電源電圧が低くなるほど傾きを増して出力電圧が低下する特性が改善され、約３．５Ｖ以上の電源電圧での傾きが、直線に近づいている。

　以下に本発明にかかる電圧発生回路１１０１、１１０２の動作について、説明する。

　電圧発生回路１１０１、電圧発生回路１１０２は、それぞれ、電圧発生回路５０１、電圧発生回路８０１の第２の回路の接合素子であるトランジスタ１０９をダイオード１１０３で置き換え、さらに抵抗１１１を省略した構成となっている。そして、このような構成であっても、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用が生じている。この作用は、電圧発生回路１１０１では抵抗１１０４、トランジスタ１１２の働きによって、また、電圧発生回路１１０２では、抵抗１０７、１１５、トランジスタ１１４の働きによって生じている。そして、この作用によって、低電源電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れる効果を生み出している。

　以上示したことから、電圧発生回路５０１、電圧発生回路８０１の第２の回路のトランジスタ１０９をダイオード１１０３に置き換えることや、抵抗１１１を省略することが可能であることがわかる。しかしながら、第２の回路として、トランジスタ１０９による構成（電圧発生回路５０１、８０１）のほうが、ダイオード１１０３による構成よりも低電源電圧側の出力電圧の電源電圧依存性が元々よい。そのため、トランジスタ１０９による構成に本発明の構成（トランジスタ１１２や１１４の働き）を組み合わせた場合のほうが、ダイオード１１０３による構成よりも効果的である。

（第５実施形態）
　本発明にかかる電圧発生回路のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１３Ａは、本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す回路図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示す電圧発生回路の置き換え可能な回路を示す回路図である。

　図１３Ａに示すように、電圧発生回路１３０１は上述した電圧発生回路１１０１のダイオード１１０３を省略し、トランジスタ１０８のベース端子をトランジスタ１０３のエミッタ端子に接続した構成となっている（端子１１７を電圧出力端子とする例もあわせて示している）。また、ダイオード１３０４は、ベース端子とコレクタ端子を抵抗１０７で接続したトランジスタ１０８のベース端子をアノード端子に、エミッタ端子をカソード端子として用いたダイオードである。そして、電圧発生回路１３０２は、上述のダイオード１３０４を２端子ダイオード１３０５として記述した、電圧発生回路１３０１と等価な回路となっている。

　ここで、ダイオード１３０４及びダイオード１３０５が第１のダイオードである。

　以下の説明において、電圧発生回路１３０１、１３０２の動作を実証するため、図１３Ａ、図１３Ｂの回路構成のモデルを用いたシミュレーションを行い、出力電圧等の値の算出を行っている。なお、シミュレーションにおいては、トランジスタ１１２の素子サイズを９倍とし、抵抗１０５は７０Ω、抵抗１０６は１３０Ωとしている。また、電源電圧１０２、１１０は同電位としている。

　図１４は図１３Ａ、図１３Ｂに示す電圧発生回路の出力電圧と電源電圧との関係を示す図である。

　図１４において、グラフ曲線１４０１は電圧発生回路１３０１の端子１１６を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧と電源電圧の関係を示すグラフであり、グラフ曲線１４０２は電圧発生回路１３０１の端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフである。また、本実施形態（電圧発生回路１３０１、１３０２）では、第２の回路が無く、従来の電圧発生回路５１との直接的な比較が難しい。そこで、比較のためのグラフ曲線１４０３として、電圧発生回路１３０１からトランジスタ１１２を除いた比較回路の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフを示す。

　また、グラフ曲線１４０４は、電源電圧が３Ｖのときの端子１１７の出力電圧が、上述した比較回路の出力電圧と同じになるように、トランジスタ１０８のサイズを２．２倍に変更した電圧発生回路１３０１の端子１１７の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフである。

　図１４のグラフ曲線１４０１に示すように、電圧発生回路１３０１の端子１１６を電圧出力端子とした場合の低電源電圧における出力電圧が、上述の比較回路の出力電圧（グラフ曲線１４０３）よりも高くなっている。これにより、電源電圧が低くなるほど傾きを増して出力電圧が低下する特性が改善され、約３Ｖ以上の電源電圧での傾きが、直線に近づいている。

　また、グラフ曲線１４０２に示すように、電圧発生回路１３０１の端子１１７を電圧出力端子として用いた場合の出力電圧は、電源電圧が約３Ｖ以上で出力電圧がほぼ一定となっている。

　さらに、グラフ曲線１４０３に示すように、トランジスタ１０８のサイズを変更した電圧発生回路１３０１（出力電圧の電源電圧依存性をより正確に比較するためのモデル）も、上述の比較回路の出力電圧に比べ、電源電圧依存性が広い範囲で低くなっていることが確認できる。

　以下に本発明にかかる電圧発生回路１３０１、１３０２の動作について説明する。

　図１１Ａの電圧発生回路１１０１では、端子１１６の電圧が、ダイオード１１０３の順方向の接合電圧（ダイオード１１０３を構成しているトランジスタのベースエミッタ接合の順方向の接合電圧）だけ低下させられたものとして、トランジスタ１０８のベース端子に印加されている。

　これに対し、図１３Ａの電圧発生回路１３０１では、端子１１６の電圧が、トランジスタ１０３のベースエミッタ間接合の順方向の接合電圧だけ低下させられたものとしてトランジスタ１３０３のベース端子に印加されていると考えれば、ほぼ同じ動作をすることがわかる。すなわち、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用が、抵抗１０５、１０６とトランジスタ１１２の働きで生じ、低電源電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れている。そして、低電源電圧側の出力電圧を増加させて、出力電圧の電源電圧依存性を直線的なものに近づけることで、抵抗１０５が、電流に比例して電圧降下を生じるため、直線的に電圧が増加する端子１１６の電圧を打ち消して、端子１１７に広い電源電圧範囲で電源電圧依存性が少ない出力電圧を発生させることが可能となっている。

　電圧発生回路１３０１においても、電圧発生回路１１０１と同様に抵抗１０７は動作上必要なく、省略することができる。また、抵抗１０７があっても動作が可能であり、電圧発生回路１３０１では抵抗がある構成例として示している。

（第６実施形態）
　本発明にかかる電圧発生回路のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１５は本発明にかかる電圧発生回路の他の例を示す図である。

　図１５に示すように電圧発生回路１５０１は、電圧発生回路１０１に対し、電圧発生回路１０１のトランジスタ１０９のエミッタ端子と第１のバイポーラトランジスタであるトランジスタ１０８のベース端子との間に抵抗１５０２が接続されており、第１の回路の抵抗１０５、１０６の代わりに抵抗１５０３が接続されており、第４のバイポーラトランジスタであるトランジスタ１１２のエミッタ端子を抵抗１５０４を介してトランジスタ１０８のコレクタ端子に接続している。また、抵抗１１１が省かれている。

　以下の説明において、電圧発生回路１５０１の動作を実証するため、図１５の回路構成のモデルを用いたシミュレーションを行い、出力電圧等の値の算出を行っている。

　なお、シミュレーションにおいては、トランジスタ１１４、１１２の素子サイズを４倍、トランジスタ１０８の素子サイズを１．１倍、トランジスタ１０９の素子サイズを１．５倍としている。また、抵抗１５０２の抵抗値は１０Ω、抵抗１５０３の抵抗値は４００Ω、抵抗１１５の抵抗値は１３０Ω、抵抗１５０４の抵抗値は２００Ω、抵抗１０７の抵抗値は３０Ωとしている。また、電源電圧１０２、１１０、１１３は同電位としている。

　図１６Ａは本発明にかかる電圧発生回路の出力電圧と電源電圧の関係を示す図であり、図１６Ｂは図１に示す電圧発生回路の出力電圧の電源電圧の関係を示す図である。

　図１６Ａにおいて、グラフ曲線１６０１は電圧発生回路１５０１の出力電圧と電源電圧との関係を示しており、グラフ曲線１６０２は電圧出力端子１１６から電流１００μＡを取り出した場合の電圧発生回路１５０１の出力電圧と電源電圧との関係を示している。また、比較のため、グラフ曲線７１として、従来の電圧発生回路５１の出力電圧と電源電圧との関係を示すグラフを示す。また、グラフ曲線７５として、従来の電圧発生回路５１の電圧出力端子５７から電流１００μＡを取り出した場合の電圧発生回路５１の出力電圧と電源電圧の関係を示すグラフ曲線を示す。

　また図１６Ｂにおいて、グラフ曲線２０３は電圧発生回路１０１の端子１１７を電圧出力端子としたときの出力電圧と電源電圧との関係を示している。グラフ曲線２０４は同電圧発生回路１０１の電圧出力端子１１７から電流１００μＡを取りだしたときの出力電圧と電源電圧との関係を示している。また、図１６Ｂも図１６Ａと同様に、グラフ曲線７１及びグラフ曲線７５を示している。

　図１６Ａに示すように、電圧発生回路１５０１は、端子１１６を電圧出力端子としているにもかかわらず、電源電圧が約２．７Ｖ以上（広い電源電圧範囲）で出力電圧がほぼ一定となっている。

　また、図１６Ｂに示すように、電圧発生回路１０１では、電流を取り出していない出力電圧（グラフ曲線２０３）に対し、電流１００μＡを取り出した場合の出力電圧（グラフ曲線２０４）が低下している。一方、図１６Ａに示すように、電圧発生回路１５０１では、電源電圧が約２．９Ｖ以上の範囲で、電流を取り出していない出力電圧（グラフ曲線１６０１）と、電流１００μＡを取り出した場合の出力電圧（グラフ曲線１６０２）とでほとんど変化がない（グラフ曲線１６０１がグラフ曲線１６０２に対して低下していない）。

　電圧発生回路１５０１は、電圧発生回路１０１から抵抗１１１を省いた構成であり、その場合でも、抵抗１０４を流れる電流が「トランジスタ１０３がコレクタ電流を流し始めるタイミング」で減少する作用が生じている。そして、この作用は、抵抗１５０３、トランジスタ１１２、さらに、抵抗１０７、１１５、トランジスタ１１４の働きによって生じ、低電源電圧側の出力電圧を増加させる効果が現れる効果が同様に生み出されることは上述の実施形態の中で説明したとおりである。

　なお、本実施形態は、従来の電圧発生回路６１の構成（抵抗６２）との組み合わせを用いることなく、広い電源電圧範囲で出力電圧を一定とすることができることを示している。

　以下に本発明にかかる電圧発生回路１５０１の動作について説明する。抵抗１５０２は調整用の抵抗なので、ひとまず無視して考えると、電圧発生回路１５０１は、電圧発生回路１０１に対して、抵抗１１１が省かれているとともに、各素子の素子値が異なっている構成を有している。

　ここで、抵抗１１１は、図１０のグラフ曲線１００４に示しているように、電源電圧が約２．５Ｖ以上の範囲でほぼ一定の電流を流している。一方トランジスタ１１４は一度極大値になった後、徐々に電流を下げるように電流を流す。図１０では、抵抗１１１のほぼ一定の電流（グラフ曲線１００４）とトランジスタ１１４との両者を合わせた電流としてグラフ曲線１００２のように接地端子に電流が流れることとなっている。

　電圧発生回路１５０１では、トランジスタ１１４の電流の極大値をより低電源電圧側になるように調整するとともに、電源電圧が約２．６Ｖ程度から約６Ｖまで増加するときに、徐々にコレクタ電流が減少するように調整し、さらに、ほぼ一定の電流を流す抵抗１１１を省略することで、トランジスタ１０９にとってのトランジスタ１１４の電流変化が強調されるように設定している。

　また、電圧発生回路１５０１では、抵抗１１５を大きくすることで、徐々にトランジスタ１１４のコレクタ電流が減少するようになり、抵抗１１５が大きくなった分、トランジスタ１１４の電流が減少するので、トランジスタ１１４のサイズを大きくしている。また、トランジスタ１１２のエミッタ端子の接続を抵抗１０７の下端、つまりトランジスタ１０８のコレクタ端子にしている。これにより、トランジスタ１１２のエミッタ電流が抵抗１０７を通らず、抵抗１０７の電圧降下でトランジスタ１０８のベース電圧が必要以上に低下することを防いでいる。トランジスタ１０８のベース電圧が必要以上に低下することを防ぐことで、トランジスタ１１４のコレクタ電流の必要以上に減少することを防いでいる。また、これとともにトランジスタ１１２のサイズを大きくして、「トランジスタ１０３に電流が流れ始める電源電圧」、つまり電源電圧が約２．４～２．５Ｖ付近でのトランジスタ１１４のベース電圧を上げ、コレクタ電流をより上げる方向に調整することで、トランジスタ１１４の電流の極大値をより低電源電圧側になるように調整している。

　電圧発生回路１５０１では、トランジスタ１０８のベース電流が小さく、抵抗１１１の電流が無いので、トランジスタ１０９のエミッタ電流は、トランジスタ１１４のコレクタ電流とほぼ等しくなり、トランジスタ１０９のエミッタ電流は、上記のトランジスタ１１４のコレクタ電流と同じように変化する。そのため、電源電圧が約２．６Ｖから約６Ｖに増加するとき、トランジスタ１０９のエミッタ電流が徐々に減少し、トランジスタ１０９のベースエミッタ間電圧が徐々に小さくなる。

　電圧発生回路１５０１において、電圧出力端子１１６の電圧は、トランジスタ１０８のベースエミッタ間電圧と、トランジスタ１０９のベースエミッタ間電圧の和である。そのため、「電源電圧の増加に従って、トランジスタ１０８のエミッタ電流が増加し、ベースエミッタ間電圧が次第に増加していく作用」を、「電源電圧の増加に従って、トランジスタ１０９のベースエミッタ間電圧が徐々に小さくなる上記の作用」で打ち消して、ほぼ一定の出力電圧に調整していると考えることができる。

　ここで、電圧発生回路１５０１では、抵抗１５０２を流れる電流も、電源電圧の増加に従って徐々に小さくなるため、抵抗１５０２の電圧降下によって生じる両端子間の電位差も電源電圧の増加に従って徐々に小さくなり、電源電圧の増加に従って電圧出力端子１１６の電圧を下げる作用として働く。抵抗１５０２を流れる電流と、トランジスタ１０９のエミッタ電流は同じであるが、同じ電流変化に対して、抵抗の端子間と、トランジスタの端子間とに発生する電圧の変化が異なるので、組み合わせてより出力電圧が平坦になるように調整することが好ましい。本実施形態の電圧発生回路１５０１では、トランジスタ１０９のサイズを１．５倍、抵抗１５０２を１０Ωとして、電源電圧依存性の微調整を行ない、トランジスタ１０８のサイズを１．１倍とすることで、電源電圧が３Ｖのときの出力電圧を従来の電圧発生回路５１と同じ値になるように調整している。

　また、図１６Ａと図１６Ｂとの比較からもわかるように、電圧発生回路１５０１の内部抵抗は、端子１１７を電圧出力端子とした電圧発生回路１０１に比べて低く見える。つまり、電圧出力端子から電流を取り出したときに出力電圧が下がりにくい状態となっている。このことは、電源発生回路１０１では、端子１１７を電圧出力端子として用いているため抵抗１０５を介して電流が取り出される。これに対し、電圧発生回路１５０１では端子１１６が電圧出力端子であるため抵抗１０５に相当する抵抗分が無いためと考えられる。さらに、回路の働きを詳しく検討した結果、抵抗１０５の有無だけではなく、トランジスタ１１４のコレクタ電流の働きが関係していることがわかった。

　つまり、トランジスタ１１２、１１４の働きは、電源電圧の変化によって直接引き起こされているのではなく、上述したようにトランジスタ１０３のコレクタ電流、エミッタ電流によって生じている。つまり、電圧出力端子から電流を取り出して、トランジスタ１０３のコレクタ電流、エミッタ電流が相対的に減少する場合でも同様に働く。

　特に、電圧発生回路１５０１では、トランジスタ１１４のコレクタ電流が、電源電圧６Ｖまで徐々に減少するように調整しているので、６Ｖまでの全電源電圧範囲で、電圧出力端子からの電流を取り出しに対して、出力電圧を増加させる方向のフィードバックとして作用するようになっていた。

　一方、電圧発生回路１０１を含む他の回路では、抵抗１１１があった場合、抵抗１１１の流す電流によって、トランジスタ１１４の電流変化の効果が薄れてしまうため効果が見えにくくなっていたり、トランジスタ１１４のコレクタ電流が低電源電圧側で一気に下がってしまったりして、上述のような効果が狭い電源電圧範囲だけに限られていたようである。

　以上示したように、本発明の構成は、従来の電圧発生回路６１の構成と組み合わせることに非常に適した構成であるが、従来の電圧発生回路６１の構成との組み合わせが必須な要件ではない。例えば、本実施形態の構成（電圧発生回路１５０１）のように、抵抗６２に相当する抵抗が無くても、広い電源電圧に対して出力電圧の電源電圧依存性の少ない電圧発生回路を提供することが可能である。また、本実施形態の構成（電圧発生回路１５０１）では、電源回路として内部抵抗が小さくなる作用も生み出すことができる。

（第７実施形態）
　本発明にかかる電圧発生回路を利用した高周波電力増幅回路について図面を参照して説明する。図１７は本発明にかかる電圧発生回路を用いた高周波電力増幅回路の一例を示す図である。

　図１７に示すように、高周波電力増幅回路１は、増幅トランジスタ２、入力整合回路３、出力整合回路４、バラスト抵抗５、およびバイアストランジスタ６、高周波遮断用チョークコイル７、高周波信号が電圧発生回路に入ることを防ぐ高周波遮断容量８、基準電圧源１５０１、制御用電界効果トランジスタ９を備えている。

　ここで、破線１０で囲った回路を、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）による集積回路で構成する場合、通常、トランジスタ素子がＮＰＮトランジスタだけで構成されるため、ＰＮＰ型の素子が必要のない本発明の構成が重要となる。

　以下、ノーマリＯＮタイプのヘテロ接合型電界効果トランジスタによって構成される集積回路１１の一部として、制御用電界効果トランジスタ９が構成される例として説明する。ヘテロ接合型電界効果トランジスタは、高周波スイッチ回路として、高周波増幅回路に隣接して使用されることの多い一般的な部品である。

　電源端子１２に印加された電源電圧は、チョークコイル７を介して増幅トランジスタ２のコレクタ端子に印加される。また、バイアストランジスタ６は、コレクタ端子が電源端子１２に接続され、ベース端子が、電圧発生回路１５０１の電圧出力端子１１６に接続されており、電圧出力端子１１６に、２．５Ｖ程度の電圧が出力されている場合は、バラスト抵抗５を経由して、増幅トランジスタ２のベース電流を供給する構成となっている。

　また、制御端子１３の信号により制御用電界効果トランジスタ１６が、ＯＮ、ＯＦＦすることで、電圧発生回路１５０１の電源端子１０２の電圧を変化させて、回路全体の動作の制御を行っている。そして、入力信号端子１４から入力された高周波信号が入力整合回路３を経て増幅トランジスタ２で増幅され、出力整合回路４を経て出力信号端子１５から出力される。

　電源端子１２に印加される電圧は、携帯端末などでは、電池から供給されるので、回路は電圧の変動に対して、安定な動作を行うことが必要であり、電池の消耗によって電源電圧が低下した場合でも、できるだけ低い電圧まで動作できることが求められる。

　従来は、レギュレータ回路などで、一定の電圧を作成し、増幅素子であるヘテロ接合バイポーラトランジスタからなる高周波電力増幅回路を動作させていた。

　今回、出力電圧の電源電圧依存性が小さい本発明の電圧発生回路を用いることで、電源端子１０２の電圧を単に電界効果トランジスタ９でＯＮ、ＯＦＦさせる簡単な構成によっても、電源端子１２の電圧変動に対して安定した増幅動作が可能となる高周波電力増幅回路を提供することができる。

　また、図１７に示した回路１５０１のほか、回路１１０１、１３０１のように抵抗１１１が無い電圧発生回路の構成では、電界効果トランジスタ９に、ノーマリＯＮ型の電界効果トランジスタを用いることに特に適している。上述のように、制御用電界効果トランジスタ９を高周波スイッチなどを含む集積回路１１の一部として作製する場合、高周波スイッチは通常、ピンチオフ電圧が－０．５Ｖ～－１．３Ｖ程度のノーマリＯＮ型の電界効果トランジスタで構成されており、その素子を制御用に利用する場合、ゲート電圧を０Ｖにしても電源端子１０２には、「ピンチオフ電圧に－１を乗じた電圧」、すなわち、０．５Ｖ～１．３Ｖ程度の電圧がかかってしまう。

　このとき、バイアストランジスタ６のベース端子から増幅トランジスタ２のベース端子を経て、接地端子に至る電流経路には接合素子が２個あるため、接合素子の接合障壁の約２倍、ここでは約２．４Ｖ程度以上の電圧が印加されるまで電流が流れず上記の電圧（０．５Ｖ～１．３Ｖ）で回路をＯＦＦさせることができる。このとき、電圧発生回路も回路１５０１のように接地端子までのすべての電流経路に接合素子が２個入っていれば、電流が流れず、回路ＯＦＦ時の余分な電流消費が無くなる。一方、電圧発生回路１０１のように、抵抗１１１がある場合は、抵抗１１１を含む電流経路に接合素子が１個（トランジスタ１０９）しか含まれていないため、電流がわずかに流れてしまう場合があり、集積回路のプロセスバラツキを考えると電源端子１０２への電流を完全に遮断できるノーマリＯＦＦ型の電界効果トランジスタを制御用電界効果トランジスタに利用したほうが良い場合もある。

　ここで、電池が消耗し、電源電圧が３Ｖまで低下した場合に、仮に制御用の電界効果トランジスタ９のゲートに１．７Ｖ～２．５Ｖの電圧しかかからなかったときでも、上記のようなノーマリＯＮの電界効果トランジスタであれば、ＯＮ状態となって、電源端子１０２に、ほぼ電源電圧と同じ３Ｖの電圧を印加することができる。

　一方、仮に、ノーマリＯＦＦ型の電界効果トランジスタ（ピンチオフ電圧が０．３Ｖ～０．５Ｖ）を制御用電界効果トランジスタ９として用いた場合では、ゲート電圧が電源電圧３Ｖと同じであったとしても、電源端子１０２にかかる電圧は、２．５Ｖ～２．７Ｖとなってしまう。元々バイアストランジスタ６のベース電圧として２．５Ｖ程度が必要なヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）のよる集積回路では、本発明のバイアス回路でなくてもおおよそ２．７Ｖ～２．８Ｖの電圧は最低でも必要で、上記の電圧では安定した動作が難しくなる。

　本発明の電圧発生回路を用いることで、レギュレータ回路が不要となり単純な電源のＯＮＯＦＦで制御できる高周波増幅回路を提供することが可能となる。また特に電流経路に全て接合素子が２個以上入った電圧発生回路によって、ノーマリＯＮ型の電界効果トランジスタを電圧発生回路の制御に用いることができ、より低い電源電圧での動作が可能な高周波増幅回路を提供することができる。また、本実施の形態では、１段増幅回路の例として示しているが、複数段の増幅回路にも同様に構成することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

　本発明は、携帯電話機、通信機器等、電源電圧が変動しても、出力電圧に電源依存性が小さい電圧を供給する必要がある電子回路の電圧供給源として広く採用することが可能である。

１０１　電圧発生回路
１０２　第１の電源端子
１１０、１１３　第１の電源端子と同じ極性の電源端子
１０３　第３のバイポーラトランジスタ
１０４　第１の抵抗
１０５、１０６、１０７、１１１、１１５　抵抗
１０８　第１のバイポーラトランジスタ
１０９　トランジスタ（第２の回路）
１１２　第４のバイポーラトランジスタ
１１４　第２のバイポーラトランジスタ
１１６、１１７　電力出力端子
１１８　第１の回路
５０１　電圧発生回路
８０１　電圧発生回路
１１０１、１１０２　電圧発生回路
１１０３　ダイオード（第２の回路）
１３０１、１３０２　電圧発生回路
１３０４　第１のダイオード

Claims

　第１の電源端子と、電圧出力端子と、第１の抵抗と、第１のバイポーラトランジスタと、第２のバイポーラトランジスタと、第１の回路と、第２の回路とを有し、
　上記第１の抵抗の第１の端子が、上記第１の電源端子に接続されており、
　上記第１のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、接地端子に接続されており、
　上記第１の回路の第１の端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、
　上記第１の回路の第２の端子が、上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ端子に接続されており、
　上記第１の回路が、
　ダイオードと抵抗とを有し、上記第１の回路の第１の端子と、上記第１の回路の第２の端子との間に、ダイオード接合の順方向接合電圧と、抵抗による電圧降下との和を、ダイオード電流に応じて発生させる回路、
　或いは、
　バイポーラトランジスタと抵抗とを有し、上記第１の回路の第１の端子と、上記第１の回路の第２の端子との間に、ベースエミッタ接合の順方向接合電圧と、抵抗による電圧降下との和を、エミッタ電流に応じて発生させる回路、
のいずれかの回路であり、
　上記第２の回路の第１の端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、
上記第２の回路の第２の端子が、上記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に接続されており、
　上記第２の回路が、
　ダイオードを有し、上記第２の回路の第１の端子と、上記第２の回路の第２の端子との間に、ダイオード接合の順方向接合電圧を、ダイオード電流に応じて発生させる回路、
　或いは、
　バイポーラトランジスタを有し、上記第２の回路の第１の端子と、上記第２の回路の第２の端子との間に、ベースエミッタ接合の順方向接合電圧をエミッタ電流に応じて発生させる回路、
　のいずれかの回路であり、
　上記第２のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、接地端子に接続され、
　上記第２のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が上記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に接続され、
　上記第２のバイポーラトランジスタのベース端子が上記第１の回路の第２の端子に接続されており、
　上記第１のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合及び上記第２のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合が、上記第１の電源端子の電位に対して順方向に接続され、
　上記電圧出力端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に直接或いは抵抗を介して接続されていることを特徴とする電圧発生回路。
　請求項１に記載の電圧発生回路において、第３のバイポーラトランジスタと第４のバイポーラトランジスタとを有し、
　上記第３のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ端子に接続され、
　上記第３のバイポーラトランジスタのコレクタ端子とベース端子とが第１の接続経路で接続されており、
　上記第１の接続経路上に第１の接続端子を有し、
　上記第１の接続端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、
　上記第４のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が、上記第１の電源端子、又は、上記第１の電源端子と同じ極性の電源端子のいずれかに接続され、接続の経路が上記第１の抵抗を構成する抵抗素子の少なくとも一部を含まない接続経路であり、
　上記第４のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、上記第３のバイポーラトランジスタのエミッタ端子と上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ端子を接続する接続経路に接続され、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子が、上記第１の接続端子と上記第３のバイポーラトランジスタのコレクタ端子との間の上記第１の接続経路に、接続されており、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子と上記第１の接続端子との間の上記第１の接続経路が抵抗を有し、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧が、上記第３のバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧より低くなるように、上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子と上記第１の接続端子との間の上記第１の接続経路の抵抗の抵抗値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧発生回路
　第１の電源端子と、電圧出力端子と、第１の抵抗と、第１のバイポーラトランジスタと、第２のバイポーラトランジスタと、第３のバイポーラトランジスタと、第４のバイポーラトランジスタと、第２の回路とを有し、
　上記第１の抵抗の第１の端子が、上記第１の電源端子に接続されており、
　上記第１のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、接地端子に接続されており、
上記第３のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ端子に接続され、
　上記第３のバイポーラトランジスタのコレクタ端子とベース端子とが第１の接続経路で接続されており、
　上記第１の接続経路上に第１の接続端子を有し、
　上記第１の接続端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、
　上記第４のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が、上記第１の電源端子、又は、上記第１の電源端子と同じ極性の電源端子のいずれかに接続され、接続の経路に、上記第１の抵抗を構成する抵抗素子の少なくとも一部を含まず、
　上記第４のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、上記第３のバイポーラトランジスタのエミッタ端子と上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ端子を接続する接続経路に接続され、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子が、上記第１の接続端子と上記第３のバイポーラトランジスタのコレクタ端子との間の上記第１の接続経路に、接続されており、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子と上記第１の接続端子との間の上記第１の接続経路が抵抗を有し、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧が、上記第３のバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧より低くなるように、上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子と上記第１の接続端子との間の上記第１の接続経路の抵抗の抵抗値が設定されており、
　上記第２の回路の第１の端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、
　上記第２の回路の第２の端子が、上記第１のバイポーラトランジスタのベース端子に接続されており、
　上記第２の回路が、
　ダイオードを有し、上記第２の回路の第１の端子と、上記第２の回路の第２の端子との間に、ダイオード接合の順方向接合電圧を、ダイオード電流に応じて発生させる回路、
　或いは、
　バイポーラトランジスタを有し、上記第２の回路の第１の端子と、上記第２の回路の第２の端子との間に、ベースエミッタ接合の順方向接合電圧をエミッタ電流に応じて発生させる回路、
のいずれかの回路であり、
　上記第１のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合と、上記第３のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合と、上記第４のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合とのいずれもが、上記第１の電源端子の電位に対して順方向に接続され、
　上記電圧出力端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に直接或いは抵抗を介して接続されていることを特徴とする電圧発生回路。
　第１の電源端子と、電圧出力端子と、第１の抵抗と、第１のダイオードとを有し、
　上記第１の抵抗の第１の端子が、上記第１の電源端子に接続されており、
　上記第１のダイオードの第１の端子が、接地端子に接続されており、
　上記第３のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、上記第１のダイオードの第２の端子に接続され、
　上記第３のバイポーラトランジスタのコレクタ端子とベース端子とが第１の接続経路で接続されており、
　上記第1の接続経路上に第１の接続端子を有し、
　上記第１の接続端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に接続され、
　上記第４のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が、上記第１の電源端子、又は、上記第１の電源端子と同じ極性の電源端子のいずれかに接続され、接続の経路に、上記第１の抵抗を構成する抵抗素子の少なくとも一部を含まず、
　上記第４のバイポーラトランジスタのエミッタ端子が、上記第３のバイポーラトランジスタのエミッタ端子と上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタ端子を接続する接続経路に接続され、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子が、上記第１の接続端子と上記第３のバイポーラトランジスタのコレクタ端子との間の上記第１の接続経路に、接続されており、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子と上記第１の接続端子との間の上記第１の接続経路が抵抗を有し、
　上記第４のバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧が、上記第３のバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧より低くなるように、上記第４のバイポーラトランジスタのベース端子と上記第１の接続端子との間の上記第１の接続経路の抵抗の抵抗値が設定されており、
　上記第１のダイオードのダイオード接合と、上記第３のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合と上記第４のバイポーラトランジスタのベースエミッタ接合とのいずれもが、上記第１の電源端子の電位に対して順方向に接続され、
　上記電圧出力端子が、上記第１の抵抗の第２の端子に直接或いは抵抗を介して接続されていることを特徴とする電圧発生回路。