JPS6091702A - 定電圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、各種電子機器において、基準電圧を得る際に
用いられる定電圧回路に関する。

〔背景技術〕

定電圧回路には、各種回路構成のものがあるが、その一
つに当業者間においてバンドギャップリファレンス回路
と呼ばれるものがある。バンドギャップリファレンス回
路は、温度特性をもたない、安定で精度の高い基準電圧
を得る回路であり、ベース・エミッタ接合の負の温度係
数と、異なる電流密度でバイアスされた１対のベース・
エミッタ接合の電圧量差の正の温度係数とによって温度
補償を行うものである。

バンドギャップリファレンス回路の全体の温度係数は、
出力電圧（定電圧）がちょうどシリコンの禁制帯幅、つ
まｐバンドギャップの値（約１．２Ｖ）と一致した時に
のみ零になる。このことは、温度係数が零の状態で得ら
れる出力電圧が約１．２■に固定され、可変することが
できないことを意味する。しかしながら各種電子回路に
おいては、要求される基準電圧レベルが異なり、例えば
、ＴＴ　Ｌ　（Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ　’Ｉ’ｒａｎｓ
ｉｓｔｅｒ　Ｌｏｇｉｃ）回路の基準電圧としては、ロ
ーレベル（Ｏ，ＳＶ）とノ・インベル（２■）との中間
電圧である１、４■が、基準電圧として最適である。し
かるに、ＴＴＬ回路の基準電源としてバンドギャップリ
ファレンス回路を用いると、１．４■の基準電圧が温度
係数を有してしまいＴＴＬ回路が安定に動作し得ないこ
とが、本発明者の検討により明らかにされた。本発明は
、上記した問題点に着目してなされたものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、温度係数を有さない出力電圧を任意に
設定することのできる定電圧回路を提供することにある
。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば
、下記のとおりである。

すなわち、バンドギャップリファレンス回路において抵
抗Ｒ７とトランジスタＱ２　ｒ抵抗Ｒ３で構成された第
１の電流径路と、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４で構成された第２
の電流径路とを設け、上記抵抗の抵抗値を調節すること
により、上記２つの電流径路より得られる電流の和の電
流により抵抗几。

に発生する正の温特をもつ電圧降下量を変化させ、これ
に負の温特をもつトランジスタＱ、のペース・エミッタ
間電圧を加算することにより、任意に設定されかつ温度
特性を有さない基準電圧を得る、という本発明の目的を
達成するものである。

〔実施例１〕 以下、第１図を参照して、本発明を適用した定電圧回路
の第１の実施例を述べる。この実施例では、バンドギャ
ップリファレンス回路の出力電圧が、１．４■において
温度係数を有さないようにする場合を考える。なお、第
１図に示す定電圧回路はバンドギャップリファレンス回
路であり、半導体集積回路にて構成されているものとす
る。

１番端子には＋ＶＣＣ電源が供給される。２番端子には
出力電圧、すなわち基準電圧ＶＲＥＦ□が表われる。抵
抗貼は、電源ＶｃｃとともにトランジスタＱ、を流れる
ｔ流■１　を規定するものであり、例えば１．＝６００
μＡに設定されている。例えば■ｃｃ−１０■とすれば である。トランジスタＱ１のペース・エミッタ間電圧■
ＢＥＩ　は、トランジスタＱ、のペースに印加されトラ
ンジスタＱ２がオン状態に動作する。従って一ト■。、
電源から、定電流回路Ｃ８，を介してラインｔ、に流れ
た電流は、次の２系統の電流径路を流れる。

すなわち、ラインｔ、から抵抗Ｒ，，）ランニンスタＱ
ｔ＋抵抗Ｒ８を介してアースラインへ■！が流れる。こ
こでトランジスタＱ２のエミッタサイズは、トランジス
タＱ１のエミッタサイズと同一であり、例えばＬ＝６０
μＡとなるように抵抗Ｒ１が設定される。すなわちＩ、
：　Ｉ、＝１０：１の関係になる。また、抵抗Ｒ６には
、抵抗Ｒ４が直列接続されておシライン１．から抵抗Ｒ
，、Ｒ。

を介してアースラインへ電流■３が流れる。したがって
、抵抗Ｒ７にはＩ、＋Ｉ、の電流が流れることになる。

この時得られる基準電圧ＶＲＥＦ□は以下のように表わ
される。

ＶＢＩＰ□＝■ｔ＋ｒ、ｑａ　＋　（Ｉｔ　＋　Ｉｓ　
）　Ｒｔ（１）式の両辺を温度Ｔで偏微分するとを得る
。

ａｖＢｇｑ：１ ＝α３　とおくと、（２）式は次のように書ける。

θＴ （３）式においてαはＶＲＥＦ工の温度係数、α１．α
２゜α３は、それぞれトランジスタＱ１．Ｑｔ　、Ｑｓ
のベース・エミッタ間電圧の温度計数を表わす。

（３）式はさらに と変形できる。

ここで（４）式におけるα３．（α、−α、）に注目す
る。一般にＰＮ接合は、負の温度係数を有するためα、
は負の温度係数となる。具体的には、本発明者らの研究
によれば、α＝　”　２．１　ｍＶ／Ｃである。またＰ
Ｎ接合の温度係数は、ダイオードに流れる電流密度に依
存しており、電流密度が大きいほどダイオードの温度依
存性は小さくなり、その負の温度係数は小となる。この
実施例では前述したように、例えば電流密度Ｉ、：Ｉ、
＝１０：１となるように設定されているため、トランジ
スタＱｔのＶｉｌｅの負の温度係数の絶対値がトランジ
スタＱ、のＶｉｌｇの負の温度係数の絶対値より大きく
なり、その結果α、−α、は正の値をもつ。すなわち正
の温度係数を有する。具体的には、本発明者等の研究に
よればα、−αｔ　＝＋０．２１　ｍＶである。

０が得られる。すなわち また、基準電圧ＶＲＥＦ□は（１）式で示すように表わ
される。ここで、ＶＢＥＱＩ　ＶＩｌｌＣＱ２　”△Ｖ
ＢＩＣとおくと、△■、は以下のようにめられる。すな
わち前述した如＜Ｉ、：Ｉ、＝１０：１に設定するとＶ
ＢＥ□とＶＢゎとは下記のような関係になる。

ここで、Ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度。

ｑは電子の電荷＊　”Ｉ４１ｓ　ＩＢ２ｔｊＰＮ接合に
おける暗電流である。ゆえに 同一エミッタサイズのトランジスタＱ、、Ｑ、において
、暗電流Ｉ、１＝　Ｉ、、であるとすれば、ｋＴＩ。

△ＶＢＥ　＝ｔｎ−＝２．３　Ｘ　２６　（ｍＶ）　ｌ
　０ｇ１６１０ｑ　Ｉ！ 中６０ｍＶ　＝０．０６Ｖ　を得る。

またＶＢ、０．　＝　０．７　Ｖとすれば、Ｒ，、Ｒ，
。

ＶＲＥＦ□＝　０．７＋　−０，７＋−０，０６＝１．
４　・曲・（６）Ｒ，Ｒ。

また、前述した如＜Ｉ、＝６０μＡと設定すれｄＲ３＝
””’　”ＥＱ２＝！＝１０００Ｑ＝ｌＫ１”ＡＩ、　
６０（μＡ） となる。

ゆえに（５）式、（６）式は、次のように書ける。

（７）　、　（８）をＲ２，Ｒ４を変数とする連立２次
方程式とみて、Ｒｔ　、Ｒ４の値をめると Ｒ，＃１０．７Ｋｆｌ　、Ｒ４＃１２９にΩ　を得る。

ゆえに第１図における回路においては、Ｖｃｃ＝ｌＯＶ
　、Ｒ，１＝１５．５にΩ、　Ｒ，＝１０．７にΩ。

Ｒｓ　”　Ｉ　ＫΩ、Ｒ，＝１２９にΩと設定すれば、
１．４■の温度係数を有さない安定した基準電圧を得る
ことができる。しかしながら、この実施例では、Ｒ４＝
１２９にΩと高抵抗が必要であり、半導体集積回路化す
る場合には問題がある。

このため、本発明者は、定電圧回路につき更に検討を重
ね、抵抗値が大に一＆ることなく、半導体集積回路化に
好適な回路技術に想到した。

〔実施例２〕 次に、第２図を参照して、本発明の第２の実施例を述べ
る。なお、前記第１の実施例と同一の回路動作を行う部
分には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、
この実施例でも、■ＲＥＦ□が１．４Ｖにおいて、温度
係数を有さないようにする場合を考える。

１ず基準電圧■ＲＥＦ１をめる。この実施例では電流径
路が３つある。すなわち、ラインｔ、、Ｒ２゜Ｒｔ’、
Ｑｔ　、Ｒｓを経て電流工、が流れる径路、ラインｔ＋
ｒＴＬｔ＋Ｒｒ＋を経て電流■、が流れる径路、ライン
ｔ、　、Ｒ，、几ｔ’、Ｑｓを介して電流１４が流れる
径路がある。ゆえに、ＶＲＥＦＩは以下のようになる。

ＶＲＥＦＩ　−ＶＢＥＱ３　＋　Ｉ　劃；　＋　（Ｉｔ
　＋　Ｉｓ　）Ｒｔ　・・・（１）ここでＩ３は（２）
式のように表わされる。

（２）式を（１）式に代入し、変形すると一方工ｔ　＝
　（ＶＢＥＱに■ＢＥＱ２）／Ｒｓであるから、（３）
式はさらに次のように変形できる。

次に（４）式を温度Ｔで偏微分すると （３）式、（５）式において おくと、（３）式、（５）式はそれぞれ次のように書け
る。

ＶＲＥＦ□＝ＡＩ、＋ＢＶ□、３　・・・四回・・曲・
（６）■ＲＥＦ１が１．４Ｖにおいて温特を有さないよ
うにするためには、（６）式、（力式においてＶＲＥＦ
□＝１．４Ｖ。

α＝０であるから （８）　、　（９）式より、Ａ、Ｂをめるとであるから Ｒｔ　＝　（Ｂ　Ｄ　”４　−−０．Ｑ２１いま、Ｉ、
＝８００μＡ、Ｉ、＝８０μＡ（すなわちＩ、　：　Ｌ
　＝１０　：　１）　に設定されているとし、Ｖｃｃ＝
１０■とすると Ｒ４＝５にΩに設定されており、実施例１と同様にα、
　＝　−２，１ｍＶ／ｌ　ｚ△α＝＋０．２１　ｍＶ／
℃。

ＶＢＥ、３＝　０．７　Ｖとすれば、式（１（１，００
式よりＡ＝８０７６．９２　Ｂ＝１．０７７ 弐〇２．（１：１より Ｒ，＝３８２９．８ｆ））＃　３．８３０に、ＱＲ２＝
３８４５（ハ）＃３．８４５にΩを得る。

すなわち、この実施例では、■ｃｃ＝１ｏ■。

Ｒ，＝１１．６３にΩ、凡、、＝３．８３にΩ、Ｒ＋、
’＝３．８５に、Ｑ、几ｓ　＝　０．７５　Ｋ、Ｑ　、
　Ｒ４＝　５　ＫＯに設定すれば、温度係数を有さない
安定した基準電圧を得ることができる。また、上記した
抵抗の抵抗値は、どれもさほど大きくなく、この回路を
半導体集積回路化する場合伺ら問題はない。

なお、実施例では、温度係数を有さない１．４■の基準
電圧を得る場合を考えたが、本発明によれば、基準電圧
値を自由に設定できることはいうまでもない。例えば、
実施例２において、（６）式のＶＲＢＦ□に所望の電圧
値を代入して（７）式との連立方程式を解けば、定電圧
回路を構成する抵抗の抵抗値がめられ、温度係数を有さ
ない所望の基準電圧を得るための回路定数が設定できる
。なお、トランジスタＱ１のベース・コレクタは直接接
続される必要はなく、コレクタに抵抗を接続し、その抵
抗とベースとを接続するようにしてもよい。

〔効果〕

負の温度係数を有するトランジスタＱ、のペース・エミ
ッタ間電圧と、正の温度係数を有する抵抗Ｒ１の電圧降
下との加算電圧を出力とし、さらに、抵抗Ｒ１，ｌ　几
！′等を設け、これらの抵抗値をたくみに設定すること
により、温度特性を有さす、しかも所望の電圧レベルに
設定される安定した定電圧電源を得ることができる。

〔利用分野〕

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である定電圧回路に適用
した場合につ−いて説明したが、それに限定されるもの
ではない。

例えば、ＴＴＬ回路の基準電源回路として利用できるの
みでなく、リニアＩＣ，インターフェイスドライバＩＣ
の基準電源回路としても利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す定電圧回路の回路
図、 第２図は本発明の第２０笑施例を示す定電圧回路の回路
図。 Ｑ、、Ｑ、、Ｑｓ・・・トランジスタ、垢、Ｒ１゜Ｒ，
、Ｒ，’・・・抵抗、ＶＢつ、ｌ　■ＢＥ２１　ＶＢＢ
Ｉ・・・ペース・エミッタ間電圧、Ｉ、、Ｉ、・・・電
流、ＶＲ）、Ｆｌ・・・基準電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　コレクタとベースが接続された第１のトランジス
   タＱ、と、トランジスタＱ、のコレクタＫｍ続する第１
   の抵抗Ｒ１と、トランジスタＱｔのベース・エミッタ間
   電圧によってベースがバイアスされた第２のトランジス
   タＱ、と、トランジスタＱ、のエミッタに接続された第
   ２の抵抗Ｒ３と、トランジスタＱ、のコレクタに接続さ
   れた第３の抵抗孔、と、トランジスタＱ！のコレクタに
   よってベースがバイアスされた第３のトランジスタＱ。 とを具備し、少なくとも、トランジスタＱ３のベース・
   エミッタ間電圧と抵抗Ｒ２の電圧降下との加算電圧を出
   力とした定電圧回路であって、トランジスタＱ、のコレ
   クタに第４の抵抗Ｒ４を接続したことを特徴とする定電
   圧回路。 ２、上記第３の抵抗Ｒ１とトランジスタＱ、のコレクタ
   との間には、追加抵抗Ｒｔ′が接続されており、第３の
   抵抗Ｒ７と追加抵抗Ｒ７′の共通接続点は、第４の抵抗
   Ｒ４を介して動作電位点に接続され、追加抵抗Ｒ１′と
   トランジスタＱ２のコレクタとの接続点は、第３のトラ
   ンジスタＱ、のベースに接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の定電圧回路。