JP3743125B2 - クランプ回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量の充電電圧を一定値にクランプするクランプ回路に関し、特に温度特性が良好で任意の電圧にクランプすることが可能なクランプ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の容量の充放電によりタイマ機能を実現するICでは外部に接続された外部容量の充放電時間を利用して一定時間経過後に信号を出力していた。
【0003】
図4はこのような従来のタイマ機能を実現する回路の一例を示す構成ブロック図である。
【0004】
図4において1及び4は定電流源、2はスイッチ回路、3は外部容量、5はクランプ回路、6及び7は比較器、100及び101はしきい値電圧、102及び103は出力信号である。
【0005】
定電流源1の一端はスイッチ回路2の入力端子に接続され、定電流源4の一端はスイッチ回路2の出力端子に接続される。
【0006】
また、スイッチ回路2の入出力は外部容量3の一端、クランプ回路5、比較器6及び7の非反転入力端子にそれぞれ接続され、比較器6及び7の反転入力端子にはしきい値電圧100及び101がそれぞれ印加される。
【0007】
さらに、定電流源1の他端は電圧源に接続され、外部容量3の他端及び定電流源4の他端は接地される。
【0008】
ここで、図4に示す回路の動作を図5を用いて説明する。図5は図4の回路の動作を示すタイミング図である。
【0009】
先ず、図5中”イ”の時点でスイッチ回路2で定電流源1を選択すると定電流源1からの出力電流が外部容量3に流れ込み外部容量3を充電して行く。図5中”イ”の時点でこのような充電を開始すると外部容量3の端子電圧が図5中”ロ”に示すように上昇して行く。
【0010】
そして、図5中”ハ”に示すクランプ回路5のクランプ電圧まで上昇するとクランプ回路5により定電流源1の出力電流が吸収され図5中”ニ”に示すように外部容量3の端子電圧の上昇が停止する。
【0011】
ここで、例えば、しきい値電圧100を図5中”ホ”に示す値だとすれば図5中”ヘ”の時点で比較器6の出力信号102が”ローレベル”から”ハイレベル”になる。
【0012】
即ち、図5中”イ”の時点から図5中”ト”に示す時間経過後に出力信号102が”ハイレベル”になり、タイマ機能を実現したことになる。
【0013】
同様に、図5中”チ”の時点でスイッチ回路2で定電流源4を選択すると外部容量3に充電されていた電荷が定電流源4により放電され、外部容量3の端子電圧が図5中”リ”に示すように下降して行く。
【0014】
そして、外部容量の全ての電荷が放電され外部容量3の電圧が”0V”になると外部容量3の端子電圧の下降が停止する。
【0015】
ここで、例えば、しきい値電圧101を図5中”ヌ”に示す値だとすれば図5中”ル”の時点で比較器7の出力信号103が”ハイレベル”から”ローレベル”になる。
【0016】
即ち、図5中”チ”の時点から図5中”ヲ”に示す時間経過後に出力信号103が”ローレベル”になり、タイマ機能を実現したことになる。
【0017】
また、図6はクランプ回路5の具体例を示す回路図であり、1及び3は図4と同一符号を付してある。図6(A)において8及び9はダイオード、図6(B)において10はツェナーダイオードである。
【0018】
図6(A)において定電流源1の一端は外部容量3の一端及びダイオード8のアノードに接続され、ダイオード8のカソードはダイオード9のアノードに接続される。
【0019】
また、定電流源1の他端は電圧源に接続され、外部容量3の他端及びダイオード9のカソードは接地される。
【0020】
一方、図6(B)において定電流源1の一端は外部容量3の一端及びツェナーダイオード10のカソードに接続され、定電流源1の他端は電圧源に接続され、外部容量3の他端及びツェナーダイオード10のアノードは接地される。
【0021】
ここで、図6に示すクランプ回路の動作を説明する。図6(A)において定電流源1からの出力電流が外部容量3に流れ込み外部容量3を充電して行くので前述のように外部容量3の端子電圧は上昇して行く。
【0022】
一方、ダイオードは一般に順方向電圧が”0.7V”になると”on”状態になるので、外部容量3の端子電圧が”1.4V”になるとダイオード8及び9は共に”on”状態になり定電流源1からの出力電流が全て接地に流れ込み、外部容量3には流れ込まなくなる。
【0023】
この結果、外部容量3と並列に直接接続された2つのダイオード8及び9を順バイアス方向に接続することにより、外部容量3の端子電圧は”1.4V”にクランプされることになる。
【0024】
従って、直列接続するダイオードの数を適宜調整することによりクランプ電圧を設定することが可能になる。
【0025】
一方、図6(B)においては同様に定電流源1からの出力電流が外部容量3に流れ込み外部容量3を充電して行くので前述のように外部容量3の端子電圧は上昇して行く。
【0026】
しかし、外部容量3と並列にツェナーダイオード10が接続されているので、外部容量3の端子電圧がツェナーダイオード10のツェナー電圧に達すると、定電流源1からの出力電流はツェナーダイオード10に全て流れ込み、外部容量3には流れ込まなくなる。
【0027】
この結果、外部容量3と並列にツェナーダイオード10を逆バイアス方向接続することにより、外部容量3の端子電圧はツェナー電圧にクランプされることになる。
【0028】
従って、ツェナーダイオード10のツェナー電圧を適宜選択することによりクランプ電圧を設定することが可能になる。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図6(A)に示すクランプ回路ではクランプ電圧がダイオードの順方向電圧の倍数でしか選択できず任意のクランプ電圧に設定することは出来ないと言った問題点があった。
【0030】
一方、図6(B)に示すクランプ回路では図6(A)に示すクランプ回路よりはクランプ電圧の選択の幅があるものの任意のクランプ電圧に設定出来る訳ではない。
【0031】
さらに、一般にダイオードは温度係数を有するためにクランプ電圧が温度により変動してしまう。
【0032】
特に、図4に示すようなタイマ機能を実現するための回路で図5中”ヲ”に該当する設定時間はクランプ電圧が変動してしまうとそれに伴い変動してしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、温度特性が良好で任意のクランプ電圧が設定可能なクランプ回路を実現することにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明の第1では、
容量の充電電圧を一定値にクランプするクランプ回路において、
前記容量と、
前記容量を充電する定電流源と、
一方のトランジスタのベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタのコレクタ及びベースが前記定電流源及び前記容量の接続点に接続される差動回路と
を備えたことを特徴とするものである。
【0034】
このような課題を達成するために、本発明の第2では、
本発明の第1において、
前記定電流源及び前記差動回路を同一IC上に形成したことを特徴とするものである。
【0035】
このような課題を達成するために、本発明の第3では、
本発明の第2において、
前記差動回路を構成する2つのトランジスタを前記IC内部でペアで形成したことを特徴とするものである。
【0036】
このような課題を達成するために、本発明の第4では、
本発明の第2において、
前記定電流源及び前記差動回路を構成する定電流源を前記IC内部でペアで形成したことを特徴とするものである。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係るクランプ回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【0039】
図1において1及び3は図4と同一符号を付してあり、11及び12はトランジスタ、13は定電流源、104はクランプ設定電圧である。また、11〜13は差動回路50を構成している。
【0040】
クランプ設定電圧104はトランジスタ11のベースに印加され、トランジスタ11のエミッタはトランジスタ12のエミッタ及び定電流源13の一端に接続される。
【0041】
また、トランジスタ12のコレクタ及びベースは定電流源1の一端及び外部容量3の一端にそれぞれ接続される。
【0042】
さらに、トランジスタ11のコレクタ及び定電流源1の他端は正電圧源に接続され、外部容量3の他端及び定電流源13の他端は接地される。
【0043】
ここで、図1に示す実施例の動作を図2を用いて説明する。図2は充電動作の一例を示す特性曲線図であり、図2(A)は外部容量3の端子電圧の特性曲線図、図2(B)はトランジスタ11及び12のコレクタ電流の特性曲線図である。
【0044】
また、説明のために定電流源1の出力電流を”I”、定電流源の出力電流を”2・I”とする。
【0045】
図2中”イ”の時点でトランジスタ11のベースにクランプ設定電圧104が印加されるとトランジスタ11が”on”になるが外部容量3の端子電圧はまだ”0V”であるのでトランジスタ12は”off”である。
【0046】
このため、定電流源1の出力電流”I”は全てが外部容量3に流れ込み外部容量3を充電して行く。
【0047】
一方、トランジスタ12は”off”、言い換えれば、トランジスタ12のコレクタ電流は図2中”ロ”に示すように”0”なのでトランジスタ11のコレクタ電流は図2中”ハ”に示すように定電流源13の出力電流”2・I”となる。
【0048】
定電流源1の出力電流”I”で外部容量3が充電されると図2中”ニ”に示すように外部容量3の端子電圧が上昇し、図2中”ホ”の時点でクランプ設定電圧104に近づく。
【0049】
この時、図2中”ヘ”に示すようにトランジスタ12にコレクタ電流が流れはじめる。また、トランジスタ11及び12と定電流源13とは差動回路50を構成しているので図2中”ト”に示すようにトランジスタ11のコレクタ電流が減少する。
【0050】
そして、図2中”チ”に示すようにクランプ設定電圧104と外部容量3の端子電圧が等しくなるとトランジスタ11及び12のコレクタ電流は図2中”リ”に示すように”I”と等しくなる。
【0051】
定電流源1の出力電流は”I”であり、トランジスタ12に流れるコレクタ電流も”I”となるので定電流源1の出力電流は全てトランジスタ12のコレクタに流れ込み、外部容量3には流れ込まないので図2中”チ”に示すように外部容量3の端子電圧の上昇は止まりクランプされる。
【0052】
従って、外部容量3の端子電圧はクランプ設定電圧104と等しくなるので、クランプ設定電圧104の値を適宜設定することにより任意のクランプ電圧の設定が可能になる。
【0053】
また、トランジスタ11及び12をIC内部でペアで形成することにより、両者の温度特性はほぼ等しくなるので温度特性が互いに相殺されてクランプ電圧には影響を及ぼさなくなる。
【0054】
さらに、定電流源1及び13もIC内部でペアで形成することによりクランプ回路自体の温度特性が殆どなくなり、印加されるクランプ設定電圧104の温度特性とほぼ等しくなるので温度特性が良好なクランプ回路が可能になる。
【0055】
図3は図6(A)に示す従来例と本実施例の温度特性の一例を示す特性曲線図である。例えば、図6(A)のダイオードの温度係数は”−2mV/°C”、クランプ設定電圧104としては温度係数が”100ppm/°C”で”1.4V”の基準電圧等を用いるものとする。
【0056】
図3中”イ”が図6(A)に示す従来例の温度特性であり、図6(A)では2つのダイオードを用いているので前記温度係数の2倍の”−4mV/°C”の傾きが生じてしまう。
【0057】
一方、図3中”ロ”に示す本実施例の温度特性では温度係数が、
100ppm/°C×1.4V=0.14mV/°C (1)
となるが従来例と比較して”0.035”程度に低減されている。
【0058】
この結果、差動回路50の一方のトランジスタ11のベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタ12のコレクタ及びベースを充電用の定電流源1及び外部容量3の接続点に接続することにより、温度特性が良好で任意のクランプ電圧が設定可能になる。
【0059】
なお、図1に示す実施例を図4に示すような外部容量の充放電によりタイマ機能を実現する回路に適用することにより、任意の設定時間が可能で、設定時間が温度変動の影響を受けない回路を実現することが可能になる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
差動回路の一方のトランジスタのベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタのコレクタ及びベースを充電用の定電流源及び外部容量の接続点に接続することにより、温度特性が良好で任意のクランプ電圧が設定可能なクランプ回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るクランプ回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図2】充電動作の一例を示す特性曲線図である。
【図3】従来例と本実施例の温度特性の一例を示す特性曲線図である。
【図4】従来のタイマ機能を実現する回路の一例を示す構成ブロック図である。
【図5】図4の回路の動作を示すタイミング図である。
【図6】クランプ回路の具体例を示す回路図である。
【符号の説明】
1,4,13 定電流源
2 スイッチ回路
3 外部容量
5 クランプ回路
6,7 比較器
8,9 ダイオード
10 ツェナーダイオード
11,12 トランジスタ
50 差動回路
100,101 しきい値電圧
102,103 出力信号
104 クランプ設定電圧
Claims (4)
- 容量の充電電圧を一定値にクランプするクランプ回路において、
前記容量と、
前記容量を充電する定電流源と、
一方のトランジスタのベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタのコレクタ及びベースが前記定電流源及び前記容量の接続点に接続される差動回路とを
備えたことを特徴とするクランプ回路。 - 前記定電流源及び前記差動回路を同一IC上に形成したことを特徴とする
特許請求の範囲請求項1記載のクランプ回路。 - 前記差動回路を構成する2つのトランジスタを前記IC内部でペアで形成したことを特徴とする
特許請求の範囲請求項2記載のクランプ回路。 - 前記定電流源及び前記差動回路を構成する定電流源を前記IC内部でペアで形成したことを特徴とする
特許請求の範囲請求項2記載のクランプ回路。
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JPH1131930A JPH1131930A (ja) | 1999-02-02 |
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JP18242897A Expired - Fee Related JP3743125B2 (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | クランプ回路 |
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---|---|---|---|---|
JP2014225715A (ja) * | 2011-09-12 | 2014-12-04 | シャープ株式会社 | クランプ回路及びそれを用いた信号処理システム |
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1997
- 1997-07-08 JP JP18242897A patent/JP3743125B2/ja not_active Expired - Fee Related
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