JPH0135364B2 - - Google Patents
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- JPH0135364B2 JPH0135364B2 JP54124658A JP12465879A JPH0135364B2 JP H0135364 B2 JPH0135364 B2 JP H0135364B2 JP 54124658 A JP54124658 A JP 54124658A JP 12465879 A JP12465879 A JP 12465879A JP H0135364 B2 JPH0135364 B2 JP H0135364B2
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- temperature
- control circuit
- voltage source
- slope
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is DC
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/18—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
- G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation
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- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はソリツドステート電圧基準装置（ボル
テージ・レフアランス）に関し、特に電圧基準装
置を温度補償する装置と、電圧基準装置を最良補
償状態に設定する簡単な方法に関するものであ
る。
テージ・レフアランス）に関し、特に電圧基準装
置を温度補償する装置と、電圧基準装置を最良補
償状態に設定する簡単な方法に関するものであ
る。
ソリツドステート電圧基準装置はツエナーダイ
オードのようなジヤンクシヨン電圧源を有し、こ
の電圧源の補償を必要とする温度係数は大きい。
オードのようなジヤンクシヨン電圧源を有し、こ
の電圧源の補償を必要とする温度係数は大きい。
多くの基準デバイスにおいて、その電圧対温度
の関係式は次のようである。
の関係式は次のようである。
Vdev＝VK＋α（Ｔ−TK） …(1)
Vdevは任意の温度Ｔにおけるデバイス端子電
圧、VK、TKは定数、αはデバイスの製造工程に
応じて変わる係数である。
圧、VK、TKは定数、αはデバイスの製造工程に
応じて変わる係数である。
温度変化による電圧の変化を補償するために符
号（勾配）がもとのものと反対の温度係数を有
し、且つ適切にスケーリングして所定の出力電圧
レベルとする例えばバンド・ギヤツプ・ジヤンク
シヨン源のような補償電圧回路で前記デバイスの
出力を合計することができる。このような補償さ
れた電圧基準装置の特性は次の関係式２であらわ
すことができる。
号（勾配）がもとのものと反対の温度係数を有
し、且つ適切にスケーリングして所定の出力電圧
レベルとする例えばバンド・ギヤツプ・ジヤンク
シヨン源のような補償電圧回路で前記デバイスの
出力を合計することができる。このような補償さ
れた電圧基準装置の特性は次の関係式２であらわ
すことができる。
Vref＝λ〔（VG0−βT）σ＋VK
＋α（Ｔ−TK）〕 …(2)
VG0はバンド・ギヤツプ電圧、βは順方向バイ
アス接合部の温度係数、σは電圧基準装置と補償
装置間の比例係数、λは所定の電圧値とするのに
必要な全体としてのスケーリング係数である。
アス接合部の温度係数、σは電圧基準装置と補償
装置間の比例係数、λは所定の電圧値とするのに
必要な全体としてのスケーリング係数である。
このような装置は調整用に２つの自由度、即ち
式(2)のσ（勾配）とλ（スケーリング）によつてあ
らわされるものを有している。所定動作特性とな
るように装置を調整する方法は、コンピユータに
よるアルゴリズムを利用してσを適切な値に設定
し、計算値αに対する温度による変化を最小に
し、更にλを調整して所定の出力電圧Vref′を得
る方法である。従つて、この方法では２つの別々
の調整ステツプ、即ち制御回路の２つの自由度に
対してそれぞれ１つづつステツプを必要とする。
しかし、経験したところによれば、この方法は複
雑で費用がかかり好ましいものではなく、商業的
には有用なものであるとしても希望の性能を得る
にはまだ充分ではない。したがつて、これを改良
する必要が大いにあるのである。
式(2)のσ（勾配）とλ（スケーリング）によつてあ
らわされるものを有している。所定動作特性とな
るように装置を調整する方法は、コンピユータに
よるアルゴリズムを利用してσを適切な値に設定
し、計算値αに対する温度による変化を最小に
し、更にλを調整して所定の出力電圧Vref′を得
る方法である。従つて、この方法では２つの別々
の調整ステツプ、即ち制御回路の２つの自由度に
対してそれぞれ１つづつステツプを必要とする。
しかし、経験したところによれば、この方法は複
雑で費用がかかり好ましいものではなく、商業的
には有用なものであるとしても希望の性能を得る
にはまだ充分ではない。したがつて、これを改良
する必要が大いにあるのである。
本発明のソリツドステート電圧基準装置は、第
１の勾配を有する電圧対温度特性曲線に従い第１
の電圧を発生する第１の電圧源手段と、第２の勾
配を有する電圧対温度特性曲線に従い第２の電圧
を発生し、この第２の電圧が第１の電圧と組合わ
されて前記第１および第２の電圧に応答した合成
基準出力電圧を発生するための第２の電圧源手段
とを備えるものに適用される。後述の実施例に示
すように第１の電圧源手段は例えばツエナーダイ
オードによる電圧源１０であり、第２の電圧源手
段はトランジスタQ1又はQ2のベース・エミツタ
電圧によつて代表されるバンドギヤツプ電圧源を
含む電圧源手段２４である。
１の勾配を有する電圧対温度特性曲線に従い第１
の電圧を発生する第１の電圧源手段と、第２の勾
配を有する電圧対温度特性曲線に従い第２の電圧
を発生し、この第２の電圧が第１の電圧と組合わ
されて前記第１および第２の電圧に応答した合成
基準出力電圧を発生するための第２の電圧源手段
とを備えるものに適用される。後述の実施例に示
すように第１の電圧源手段は例えばツエナーダイ
オードによる電圧源１０であり、第２の電圧源手
段はトランジスタQ1又はQ2のベース・エミツタ
電圧によつて代表されるバンドギヤツプ電圧源を
含む電圧源手段２４である。
前記第２の電圧源手段と共に作動する制御回路
手段が設けられている。この制御回路手段は、前
記制御回路手段の要素の予め定められたパラメー
タに従つて、前記第２の電圧源手段の電圧対温度
特性曲線の勾配を形態の一つとして含む独立した
２つの曲線形態の夫々を制御する手段と、前記第
２の電圧を変化させ、対応して前記合成基準電圧
を変化させる可調整手段とを含む。
手段が設けられている。この制御回路手段は、前
記制御回路手段の要素の予め定められたパラメー
タに従つて、前記第２の電圧源手段の電圧対温度
特性曲線の勾配を形態の一つとして含む独立した
２つの曲線形態の夫々を制御する手段と、前記第
２の電圧を変化させ、対応して前記合成基準電圧
を変化させる可調整手段とを含む。
実施例第１図において、前記制御回路手段の要
素はトランジスタQ1又はQ2のベースに連なる電
圧分圧回路を構成する抵抗２６，２８，３０であ
り、分圧定数δ、εが前記パラメータとなつてい
る。可調整手段はトランジスタQ1（又はQ2）のエ
ミツタに連なる出力電圧調整用抵抗R1（又はR2）
である。
素はトランジスタQ1又はQ2のベースに連なる電
圧分圧回路を構成する抵抗２６，２８，３０であ
り、分圧定数δ、εが前記パラメータとなつてい
る。可調整手段はトランジスタQ1（又はQ2）のエ
ミツタに連なる出力電圧調整用抵抗R1（又はR2）
である。
これらのトランジスタQ1，Q2、分圧抵抗２６，
２８，３０、調整用抵抗R1，R2の相互結線によ
り、前記合成電圧が選択可能な広い範囲から予め
選択して特に指定した値に調整された時に、前記
予め定められたパラメータと関連づけて、前記合
成電圧に対し所定の温度係数をあたえるために、
前記第２の電圧が変化されるにつれて前記可調整
手段の制御下で前記第２の勾配を変化させる手段
を構成している。
２８，３０、調整用抵抗R1，R2の相互結線によ
り、前記合成電圧が選択可能な広い範囲から予め
選択して特に指定した値に調整された時に、前記
予め定められたパラメータと関連づけて、前記合
成電圧に対し所定の温度係数をあたえるために、
前記第２の電圧が変化されるにつれて前記可調整
手段の制御下で前記第２の勾配を変化させる手段
を構成している。
前記予め定められたパラメータδ、εは第２の
電圧源の電圧対温度特性曲線の勾配と電圧軸方向
の位置とを与える。第３図に示す特に好ましい実
施例では、製造プロセスによつてばらつく第２の
電圧源の特性曲線群Ｊの“ピボツトポイント”
（共通交点）の位置及び勾配を予め設定してあり、
勾配は、第１の電圧源の特性曲線の勾配を略キヤ
ンセルし、またその位置は、この第１の電圧源の
ばらついた特性曲線群Ｚのピボツトポイントと略
同じ温度TK上にあり、且つ第１、第２の電圧を
加えたときに目標合成基準電圧が得られるような
電圧レベルに設定されている。なおピボツトポイ
ント（共通交点）の温度及び電圧は各曲線の外挿
法により決定され、物理的には生じ得ないが負の
温度にある。
電圧源の電圧対温度特性曲線の勾配と電圧軸方向
の位置とを与える。第３図に示す特に好ましい実
施例では、製造プロセスによつてばらつく第２の
電圧源の特性曲線群Ｊの“ピボツトポイント”
（共通交点）の位置及び勾配を予め設定してあり、
勾配は、第１の電圧源の特性曲線の勾配を略キヤ
ンセルし、またその位置は、この第１の電圧源の
ばらついた特性曲線群Ｚのピボツトポイントと略
同じ温度TK上にあり、且つ第１、第２の電圧を
加えたときに目標合成基準電圧が得られるような
電圧レベルに設定されている。なおピボツトポイ
ント（共通交点）の温度及び電圧は各曲線の外挿
法により決定され、物理的には生じ得ないが負の
温度にある。
このように制御回路は第２の電圧源の電圧対温
度特性曲線の形態を予め設定し、それにより第１
及び第２の電圧源との間に所要の相互関係を与え
ている。
度特性曲線の形態を予め設定し、それにより第１
及び第２の電圧源との間に所要の相互関係を与え
ている。
従つて第１、第２の電圧源の特性曲線の勾配が
製造プロセスにより共にばらついても、第２の電
圧を前記可調整手段により変化させて予め指定し
た合成基準電圧を得るようにすれば、これに伴つ
て第２の勾配が変化されて目標出力電圧において
所定の温度補償が自動的に再現される。
製造プロセスにより共にばらついても、第２の電
圧を前記可調整手段により変化させて予め指定し
た合成基準電圧を得るようにすれば、これに伴つ
て第２の勾配が変化されて目標出力電圧において
所定の温度補償が自動的に再現される。
本発明の別の特徴は基準電圧の温度補償方法に
よつて明らかにされる。即ち、この方法は、ソリ
ツドステート電圧源の第１の電圧を、この電圧源
に第２の電圧を発生する第２の電圧源手段を接続
し、前記第１および第２の電圧の和に対応した合
成基準電圧を発生させることによつて温度補償す
る技術に適用され、前記２つの電圧の電圧対温度
特性曲線は反対の符号を有して温度効果が前記基
準電圧においてキヤンセルされる傾向を有する選
択可能な広い範囲から指定された或る値の前記合
成基準電圧に対して温度補償を与える方法であつ
て、次のステツプを含む。
よつて明らかにされる。即ち、この方法は、ソリ
ツドステート電圧源の第１の電圧を、この電圧源
に第２の電圧を発生する第２の電圧源手段を接続
し、前記第１および第２の電圧の和に対応した合
成基準電圧を発生させることによつて温度補償す
る技術に適用され、前記２つの電圧の電圧対温度
特性曲線は反対の符号を有して温度効果が前記基
準電圧においてキヤンセルされる傾向を有する選
択可能な広い範囲から指定された或る値の前記合
成基準電圧に対して温度補償を与える方法であつ
て、次のステツプを含む。
即ち、制御回路手段の要素を予め定められたパ
ラメータに従つて、前記第２の電圧源手段の特性
曲線の勾配を形態の一つとして含む独立した２つ
の曲線形態の夫々を制御するための制御回路手段
を前記第２の電圧源手段に接続すること、 前記制御回路手段の回路素子を調整して前記第
２の電圧を変化させ、前記基準電圧を前記指定さ
れた値にすること、及び 前記回路素子の調整により前記第２の電圧の電
圧対温度特性曲線の勾配を制御し、前記特性曲線
の他の曲線形態と共に、前記第１および第２の電
圧の温度特性による前記基準電圧に対する効果の
間に所定の関係を発生させ、前記基準電圧が前記
指定値に調整された時に前記基準電圧に対し所定
の温度係数を与えることである。
ラメータに従つて、前記第２の電圧源手段の特性
曲線の勾配を形態の一つとして含む独立した２つ
の曲線形態の夫々を制御するための制御回路手段
を前記第２の電圧源手段に接続すること、 前記制御回路手段の回路素子を調整して前記第
２の電圧を変化させ、前記基準電圧を前記指定さ
れた値にすること、及び 前記回路素子の調整により前記第２の電圧の電
圧対温度特性曲線の勾配を制御し、前記特性曲線
の他の曲線形態と共に、前記第１および第２の電
圧の温度特性による前記基準電圧に対する効果の
間に所定の関係を発生させ、前記基準電圧が前記
指定値に調整された時に前記基準電圧に対し所定
の温度係数を与えることである。
結論として、本発明の重要な態様により、電圧
基準装置の単一の回路素子を調整することによつ
て電圧基準装置の出力電圧温度特性を制御する２
つの可変係数｛式(2)のλとσ｝を同時に変化させ
る技術を採用すれば極めて秀れた結果が得られる
ことがわかつた。即ち、本発明の好ましい実施例
において、可変抵抗を調整して基準出力電圧を指
定の値とした時、同時に温度補償制御回路は、基
準電圧出力が所定値に等しい点で最良の温度補償
を与えるのである。
基準装置の単一の回路素子を調整することによつ
て電圧基準装置の出力電圧温度特性を制御する２
つの可変係数｛式(2)のλとσ｝を同時に変化させ
る技術を採用すれば極めて秀れた結果が得られる
ことがわかつた。即ち、本発明の好ましい実施例
において、可変抵抗を調整して基準出力電圧を指
定の値とした時、同時に温度補償制御回路は、基
準電圧出力が所定値に等しい点で最良の温度補償
を与えるのである。
また電圧基準装置を完全に調整するのに用いた
２つの自由度を１つの自由度にして、電圧基準装
置の性能を改善し同時に製造方法を簡単にするこ
とが可能であることがわかつた。調整の自由度１
にするということは、補償電圧源用の関連制御回
路の位相数学（トポロジー）により変数λがσに
依存していることを考えれば、数学的に理解でき
る。この依存関係は次式(3)であらわすことができ
る。
２つの自由度を１つの自由度にして、電圧基準装
置の性能を改善し同時に製造方法を簡単にするこ
とが可能であることがわかつた。調整の自由度１
にするということは、補償電圧源用の関連制御回
路の位相数学（トポロジー）により変数λがσに
依存していることを考えれば、数学的に理解でき
る。この依存関係は次式(3)であらわすことができ
る。
λ＝Vref′／VK＋σVG0−αTK …(3)
Vref′は所定の出力電圧
従つて出力電圧は式(4)であらわすことができる
Vref＝Vref′／VK＋σVG0−αTK〔(VG0-βT)σ
＋VK＋α（Ｔ−TK）〕 …(4)
式(4)を整理すれば、
Vref＝Vref′σVG0＋VK−αTK＋（α−βσ）Ｔ／VK＋
σVG0−αTK…(5) σは残つた調整可能パラメータ 本発明の実施例の他の重要な態様により、Vref
を所定値に調整することによつて、同時に項（α
−βσ）をゼロに即ちβσ＝αにすることができ、
装置の限界内ではあるが所望のゼロ温度補償が得
られる。
σVG0−αTK…(5) σは残つた調整可能パラメータ 本発明の実施例の他の重要な態様により、Vref
を所定値に調整することによつて、同時に項（α
−βσ）をゼロに即ちβσ＝αにすることができ、
装置の限界内ではあるが所望のゼロ温度補償が得
られる。
以下、本発明を添付図面を参照して説明する。
第１図において、本発明の原理による電圧基準装
置はツエナーダイオード電圧源１０を第１の電圧
源として有し、該電圧源１０の１つの電極は演算
増幅器１４の出力ライン１２に接続されている。
このダイオードは負帰還回路を介して、増幅器の
反転入力端子１６に接続されており、該端子は抵
抗１８を介して共通ライン即ちアース２０に接続
されている。
第１図において、本発明の原理による電圧基準装
置はツエナーダイオード電圧源１０を第１の電圧
源として有し、該電圧源１０の１つの電極は演算
増幅器１４の出力ライン１２に接続されている。
このダイオードは負帰還回路を介して、増幅器の
反転入力端子１６に接続されており、該端子は抵
抗１８を介して共通ライン即ちアース２０に接続
されている。
このツエナーダイオード１０は、第２図の関連
制御回路と共に、ICチツプの部分として形成さ
れたものである。このチツプは、以下説明するよ
うに安定化基準電圧を発生させる回路（図示せ
ず）を含むものである。ツエナーダイオードは、
例えば米国特許願第801410号（特許第4136349号）
に開示したように埋込みデバイスとして形成され
るのが好ましい。
制御回路と共に、ICチツプの部分として形成さ
れたものである。このチツプは、以下説明するよ
うに安定化基準電圧を発生させる回路（図示せ
ず）を含むものである。ツエナーダイオードは、
例えば米国特許願第801410号（特許第4136349号）
に開示したように埋込みデバイスとして形成され
るのが好ましい。
増幅器１４の非反転入力端子２２の電位は、第
２の電圧源手段を有する制御回路２４によつて固
定されている。この回路は直列接続した整合トラ
ンジスタQ1，Q2であつてそれぞれ抵抗R1，R2を
そなえたものを含んでいる。トランジスタQ2の
コレクタは出力ライン１２に接続され、トランジ
スタQ1のエミツタ抵抗R1は接続されている。三
抵抗式分圧器２６，２８，３０があり、以下説明
するように、トランジスタQ1，Q2のベース電圧
を所定レベルに固定している。
２の電圧源手段を有する制御回路２４によつて固
定されている。この回路は直列接続した整合トラ
ンジスタQ1，Q2であつてそれぞれ抵抗R1，R2を
そなえたものを含んでいる。トランジスタQ2の
コレクタは出力ライン１２に接続され、トランジ
スタQ1のエミツタ抵抗R1は接続されている。三
抵抗式分圧器２６，２８，３０があり、以下説明
するように、トランジスタQ1，Q2のベース電圧
を所定レベルに固定している。
演算増幅器１４の復帰還回路は入力端子１６，
２２を同電位に維持するので、増幅器出力電圧
V0はダイオード電圧V2と非反転入力端子に加え
られる電圧の和とみることができる。図示のブリ
ツジ型回路において、端子２２の電圧も出力電圧
V0に依存するのであるが、これは本発明と特に
関係はなく、他の回路を用いてツエナー電圧を補
償電圧と組合わせてもよい。
２２を同電位に維持するので、増幅器出力電圧
V0はダイオード電圧V2と非反転入力端子に加え
られる電圧の和とみることができる。図示のブリ
ツジ型回路において、端子２２の電圧も出力電圧
V0に依存するのであるが、これは本発明と特に
関係はなく、他の回路を用いてツエナー電圧を補
償電圧と組合わせてもよい。
電圧基準出力V0は、以下説明する回路素子値
およびパラメータの関数としてあらわすことがで
きる。この関係は本明細書に追記として記載した
通りである。この追記にあるように、出力電圧は
以下のように表すことができる。
およびパラメータの関数としてあらわすことがで
きる。この関係は本明細書に追記として記載した
通りである。この追記にあるように、出力電圧は
以下のように表すことができる。
V0＝V2＋（R2／R1−１）Vbe／１−δ＋R2／R1ε…（1
A） 式（1A）においてV2はツエナ・ダイオード電
圧、Vbeは（Q1或いはQ2の）ベース・エミツタ電
圧、δはQ2のベース電圧の比例係数（即ちVb2＝
δV0）、εはQ1のベース電圧の比例係数、R1、R2
は抵抗値である。
A） 式（1A）においてV2はツエナ・ダイオード電
圧、Vbeは（Q1或いはQ2の）ベース・エミツタ電
圧、δはQ2のベース電圧の比例係数（即ちVb2＝
δV0）、εはQ1のベース電圧の比例係数、R1、R2
は抵抗値である。
ゼロ温度補償に対する一組の関係を決めるに
は、式（1A）の導関数を温度について取つて、
ゼロとすれば式（2A）が得られ、 R1／R2＝１＋α／γ …（2A） γはほぼ（VG0−Vbep）に等しいｄ／dTVbeであ り、αは前述したようにｄ／dTVZに等しく、VG0は バンド・ギヤツプ電圧である。
は、式（1A）の導関数を温度について取つて、
ゼロとすれば式（2A）が得られ、 R1／R2＝１＋α／γ …（2A） γはほぼ（VG0−Vbep）に等しいｄ／dTVbeであ り、αは前述したようにｄ／dTVZに等しく、VG0は バンド・ギヤツプ電圧である。
ゼロ温度係数条件を更に厳しくすれば式（1A）
は次のようになる。
は次のようになる。
V0＝VK＋α（Ｔ‐TK）＋（R2／R1‐１）（VG0‐γT）／
１‐δ＋R2／R1ε …（3A） VK、TKは定数｛式(1)参照｝ Ｔは装置温度 式（3A）に式（2A）を代入すれば、式（4A）
が得られる。
１‐δ＋R2／R1ε …（3A） VK、TKは定数｛式(1)参照｝ Ｔは装置温度 式（3A）に式（2A）を代入すれば、式（4A）
が得られる。
V0(α)＝VK＋α（VGO／γ−TK）／１−δ＋ε（１−
α／γ）…（4A） VK、TK、δ、ε、γは定数 式（4A）の導関数をαについてとり、ゼロと
おけば、 VG0／VK−γTK／VK＝ε／１−δ＋ε …（5A） この関係が成立すれば、V0はαに無関係であ
る。即ち、制御回路は用いたツエナーダイオード
に関係なく希望の結果を得るのに有効である。
α／γ）…（4A） VK、TK、δ、ε、γは定数 式（4A）の導関数をαについてとり、ゼロと
おけば、 VG0／VK−γTK／VK＝ε／１−δ＋ε …（5A） この関係が成立すれば、V0はαに無関係であ
る。即ち、制御回路は用いたツエナーダイオード
に関係なく希望の結果を得るのに有効である。
設定したパラメータはいかなるαに対しても有
効であるので、εとδの更に他の関係が式（4A）
においてα＝０とすることによつて得られる。
効であるので、εとδの更に他の関係が式（4A）
においてα＝０とすることによつて得られる。
即ち
VK／V0＝１−δ＋ε …（6A）
式（5A）、（6A）からε、δを求めれば、
ε＝（VG0−γTK）／V0 …（7A）
δ＝１＋ε−VK／V0 …（8A）
これらの関係式は指定の出力電圧におけるゼロ
温度係数に対するものであるが、同様にして、出
力電圧を指定の値に調整することに依存させて温
度係数を制御する他の方式に対しても別の修正さ
れた関係式を求めることができる。例えば、基準
装置の性能を他の回路特性に整合させるために、
指定基準電圧において特別な非ゼロ温度係数を必
要とするような応用例がある。更にここに記載し
た制御機能は、異なつた出力電圧が１グループ内
の個々のユニツトに必要とされ、各出力電圧が対
応した異なつた温度係数の要求を有する場合に用
いることができる。
温度係数に対するものであるが、同様にして、出
力電圧を指定の値に調整することに依存させて温
度係数を制御する他の方式に対しても別の修正さ
れた関係式を求めることができる。例えば、基準
装置の性能を他の回路特性に整合させるために、
指定基準電圧において特別な非ゼロ温度係数を必
要とするような応用例がある。更にここに記載し
た制御機能は、異なつた出力電圧が１グループ内
の個々のユニツトに必要とされ、各出力電圧が対
応した異なつた温度係数の要求を有する場合に用
いることができる。
ゼロ温度係数を得るために使用される第１図の
回路の場合、ε、δに対する数値は、実験的に求
めたVK、TKの値と、既知の値VG0と、計算値δ
（既知の値Vbepを式（1A）に用いて得た）とV0に
対する希望の値とを式（7A）、（8A）に代入して
得ることができる。VK、TKは多数の埋込ツエナ
ーダイオードの電圧対温度測定によつて実験的に
決めることができ、外挿法により推定した代表的
な値としてはVK＝4.74、TK＝−383〓である。
Vbepの値はT0＝300〓で0.655である。
回路の場合、ε、δに対する数値は、実験的に求
めたVK、TKの値と、既知の値VG0と、計算値δ
（既知の値Vbepを式（1A）に用いて得た）とV0に
対する希望の値とを式（7A）、（8A）に代入して
得ることができる。VK、TKは多数の埋込ツエナ
ーダイオードの電圧対温度測定によつて実験的に
決めることができ、外挿法により推定した代表的
な値としてはVK＝4.74、TK＝−383〓である。
Vbepの値はT0＝300〓で0.655である。
V0＝10Vとした場合、比例係数は下記の通り
である。
である。
ε＝0.1960 δ＝0.7220
従つてベース電圧Vb1，Vb2が1.960、7.220ボル
トであるように抵抗２６，２８，３０を選定する
ことによつて、第１図の回路は、エミツタ抵抗
R1，R2のいずれかを10ボルトの所定出力電圧と
なるように調整した場合に最良の温度補償が得ら
れるのである。R2，R1のうちいずれを調整する
かは最初に測定した出力電圧が10ボルト以上であ
るか以下であるかによる。
トであるように抵抗２６，２８，３０を選定する
ことによつて、第１図の回路は、エミツタ抵抗
R1，R2のいずれかを10ボルトの所定出力電圧と
なるように調整した場合に最良の温度補償が得ら
れるのである。R2，R1のうちいずれを調整する
かは最初に測定した出力電圧が10ボルト以上であ
るか以下であるかによる。
前述したように、ICプロセスによつて得た多
数のツエナーダイオードに対するαの実験的に測
定した範囲に対し、R2／R1の対応値は適当に実
用的である。式（2A）に戻り、測定ツエナー電
圧VZ（300〓）6.0〜6.6に対応した測定範囲の値を
αの値に代入すれば、 最小R2／R1＝1.966（VZ＝6.0の時） 最大R2／R1＝2.426（VZ＝6.6の時） 第２図は前述した第１図の構成を含む電圧基準
装置の好ましい実施例を詳細に示すものである。
第２図において、Q112，Q113は演算増幅器１４の
基本的素子である。ツエナーダイオードD2はケ
ルビン接続であり、そのフオース（force）電極
およびセンス（sence）電極は同電位である。こ
れら電極の一方は反転入力端子１６に、他方は抵
抗R143（第１図の１８）を介して共通ライン２０
にそれぞれ接続されている。トランジスタQ115，
Q116は第１図のQ2，Q1に、抵抗R138，R139は第１
図の抵抗R2，R1に、抵抗R135，R136，R137は第１
図の抵抗２６，２８，３０にそれぞれ対応する。
数のツエナーダイオードに対するαの実験的に測
定した範囲に対し、R2／R1の対応値は適当に実
用的である。式（2A）に戻り、測定ツエナー電
圧VZ（300〓）6.0〜6.6に対応した測定範囲の値を
αの値に代入すれば、 最小R2／R1＝1.966（VZ＝6.0の時） 最大R2／R1＝2.426（VZ＝6.6の時） 第２図は前述した第１図の構成を含む電圧基準
装置の好ましい実施例を詳細に示すものである。
第２図において、Q112，Q113は演算増幅器１４の
基本的素子である。ツエナーダイオードD2はケ
ルビン接続であり、そのフオース（force）電極
およびセンス（sence）電極は同電位である。こ
れら電極の一方は反転入力端子１６に、他方は抵
抗R143（第１図の１８）を介して共通ライン２０
にそれぞれ接続されている。トランジスタQ115，
Q116は第１図のQ2，Q1に、抵抗R138，R139は第１
図の抵抗R2，R1に、抵抗R135，R136，R137は第１
図の抵抗２６，２８，３０にそれぞれ対応する。
第２の増幅器回路は対称的にバランスした形に
構成されている。Q107はコレクタ電流をQ112，
Q113に供給するものである。Q114のコレクタは
Q112，Q113のエミツタ電流を受け、その合計電流
が正しいものとなるように調整する。Q114のベー
スはQ107の左側のコレクタからの電流により電圧
変換トランジスタQ108およびピンチ抵抗R140を介
して制御される。
構成されている。Q107はコレクタ電流をQ112，
Q113に供給するものである。Q114のコレクタは
Q112，Q113のエミツタ電流を受け、その合計電流
が正しいものとなるように調整する。Q114のベー
スはQ107の左側のコレクタからの電流により電圧
変換トランジスタQ108およびピンチ抵抗R140を介
して制御される。
Q109，Q110はバツフア・トランジスタで、Q109
の電流は等しい電流をあたえるようにQ104と整合
したQ105によつて制御される。Q104の電流はQ107
と整合したQ106を流れるので、Q107の電流とQ109
の電流は等しく、更にQ124の電流に等しい。従つ
てQ109，Q104のベース電流に誤差があつても、こ
のような誤差はQ112，Q113に関してバランスさ
れ、従つて誤差は回路対称性により相殺される。
の電流は等しい電流をあたえるようにQ104と整合
したQ105によつて制御される。Q104の電流はQ107
と整合したQ106を流れるので、Q107の電流とQ109
の電流は等しく、更にQ124の電流に等しい。従つ
てQ109，Q104のベース電流に誤差があつても、こ
のような誤差はQ112，Q113に関してバランスさ
れ、従つて誤差は回路対称性により相殺される。
Q103はQ115，Q116が要求する付加電流を運ぶも
のである。Q111は出力バツフア・トランジスタ
Q110に対する保護トランジスタである。Q109の左
側のエミツタは回路始動を助けるものである。
のである。Q111は出力バツフア・トランジスタ
Q110に対する保護トランジスタである。Q109の左
側のエミツタは回路始動を助けるものである。
第３図は、基準出力電圧を指定値に調整するこ
とによつて最良温度補償を得る、第１図に関して
前述した電圧温度関係を示すグラフ図である。第
３図において、２つの直線Z1，Z2は、多数の埋込
みツエナーダイオードの測定電圧対温度特性曲線
に対する変化範囲の限界を示すものである。これ
らの線の勾配（α1、α2）は前述した電圧対温度関
係式の導関数である。これらの線（および図示さ
れてない介在データ用の線）を左方に外挿法によ
り推定すれば、特定電圧VK、対応温度TKに中心
をもつ共通領域に交叉ができる。（ここに提供し
た測定データの場合、交叉は絶対ゼロ以下の温度
で発生し、物理的な対応がないが、概念的には重
要である。）共通交点と、少なくともほぼ直線的
な特性とにより、電圧源のツエナーダイオードの
電圧対電流特性を前述したようにあらわすことが
できる。
とによつて最良温度補償を得る、第１図に関して
前述した電圧温度関係を示すグラフ図である。第
３図において、２つの直線Z1，Z2は、多数の埋込
みツエナーダイオードの測定電圧対温度特性曲線
に対する変化範囲の限界を示すものである。これ
らの線の勾配（α1、α2）は前述した電圧対温度関
係式の導関数である。これらの線（および図示さ
れてない介在データ用の線）を左方に外挿法によ
り推定すれば、特定電圧VK、対応温度TKに中心
をもつ共通領域に交叉ができる。（ここに提供し
た測定データの場合、交叉は絶対ゼロ以下の温度
で発生し、物理的な対応がないが、概念的には重
要である。）共通交点と、少なくともほぼ直線的
な特性とにより、電圧源のツエナーダイオードの
電圧対電流特性を前述したようにあらわすことが
できる。
即ち
Vdev＝VK＋α（Ｔ−TK）
αは各曲線の勾配である。
第３図には更に２つの直線J1，J2があり、これ
らの直線は、ツエナー電圧と組合わされる電圧で
あつてしかもバンド・ギヤツプ・ジヤンクシヨン
を有する補償電圧源手段２４から得られる電圧に
対する電圧対温度特性曲線の変化範囲の限界を示
すものである。これらの線も共通領域で交叉し、
補償電圧源出力の制御回路は、この共通領域を温
度TKに位置させるように、即ちツエナ特性曲線
Z1，Z2の交点の共通領域と同じ垂直線上に位置さ
せるように構成されている。この制御回路は更
に、補償電圧VJとVKとの組合せの合成電圧を指
定の基準出力電圧、即ちこの場合10ボルトに等し
くするような大きさの補償電圧VJに、共通交点
を合わせるように、構成されている。
らの直線は、ツエナー電圧と組合わされる電圧で
あつてしかもバンド・ギヤツプ・ジヤンクシヨン
を有する補償電圧源手段２４から得られる電圧に
対する電圧対温度特性曲線の変化範囲の限界を示
すものである。これらの線も共通領域で交叉し、
補償電圧源出力の制御回路は、この共通領域を温
度TKに位置させるように、即ちツエナ特性曲線
Z1，Z2の交点の共通領域と同じ垂直線上に位置さ
せるように構成されている。この制御回路は更
に、補償電圧VJとVKとの組合せの合成電圧を指
定の基準出力電圧、即ちこの場合10ボルトに等し
くするような大きさの補償電圧VJに、共通交点
を合わせるように、構成されている。
従つて、この構成において、J1〜J2の範囲内で
補償電圧源の線勾配を変化させることによつて指
定の10ボルト出力を得るように電圧基準装置を調
整すれば、電圧基準装置の基本源であるツエナー
ダイオードの特性曲線Zoの勾配に対し反転整合し
た（即ち相補的な）関係を有して、曲線JNの勾配
が最終的に調整される結果となる。従つて、出力
電圧をその所定値に調整した場合に電圧基準装置
の温度係数は最良のものとされゼロ或はその近く
の値となる。
補償電圧源の線勾配を変化させることによつて指
定の10ボルト出力を得るように電圧基準装置を調
整すれば、電圧基準装置の基本源であるツエナー
ダイオードの特性曲線Zoの勾配に対し反転整合し
た（即ち相補的な）関係を有して、曲線JNの勾配
が最終的に調整される結果となる。従つて、出力
電圧をその所定値に調整した場合に電圧基準装置
の温度係数は最良のものとされゼロ或はその近く
の値となる。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、
これは本発明の原理を説明するものであつて、本
発明の要旨範囲を限定するものではない。本発明
補償手段は基本電圧源で作動される種々の補償電
圧源手段を利用できる。更に、種々の制御回路を
用いて本発明の基本的概念を補足することができ
る。従つて、以上の記載から当業者は本発明を
種々の形で適用できるものである。
これは本発明の原理を説明するものであつて、本
発明の要旨範囲を限定するものではない。本発明
補償手段は基本電圧源で作動される種々の補償電
圧源手段を利用できる。更に、種々の制御回路を
用いて本発明の基本的概念を補足することができ
る。従つて、以上の記載から当業者は本発明を
種々の形で適用できるものである。
追 記
増幅器１４の入力端子は同電位であるので、次
の等式が得られる。
の等式が得られる。
V0−VZ＝δV0−Vbe−R2／R1(εV0-Vbe)
V0−δV0＋ε・R2／R1・V0
＝VZ−Vbe＋R2／R1・Vbe
V0(1-δ+εR2/R1)＝VZ＋(R2/R1-1)Vbe
V0＝VZ＋（R2／R1−１）Vbe／１−δ＋εR2／R1…（1A
） ｄ／dTV0＝１／１−δ＋εR2／R1（dV2／dT ＋（R2／R1−１）dVbe／dT） R2／R1−１＝−dVZ／dT／dVbe／dT V2＝VK＋α（Ｔ−TK）とすると、 dVZ／dT＝α Vbe＝VG0−γTとすると、 ｄ／dTVbe＝−γ dVZ／dVbe＝−α／γ R2／R1＝１＋α／γ …（2A） 式（1A）にV2、R2／R1を代入すれば V0＝VK＋α（Ｔ−TK）＋（α／γ）（Vg0−γT）／１−
δ＋ε（１＋α／γ） 分子を展開すれば VK−αTK＋α／γVg0 従つてαの関数としての電圧は V0＝VK＋α（V90／γ−TK）／１−δ＋ε（１＋α／
γ） VK、TK、δ、ε、γは定数 …（4A） αについて導関数をとれば、 dV0／dα＝〔１−δ＋ε＋ε／γα〕（V90
／γ−TK）−〔VK−α（V90／γ−TK）〕ε／γ／〔１
−δ＋ε（１＋α／γ）〕2 これをゼロとおけば、 Vg0／VK−γ・TK／VK＝ε／１−δ＋ε …（5A）
） ｄ／dTV0＝１／１−δ＋εR2／R1（dV2／dT ＋（R2／R1−１）dVbe／dT） R2／R1−１＝−dVZ／dT／dVbe／dT V2＝VK＋α（Ｔ−TK）とすると、 dVZ／dT＝α Vbe＝VG0−γTとすると、 ｄ／dTVbe＝−γ dVZ／dVbe＝−α／γ R2／R1＝１＋α／γ …（2A） 式（1A）にV2、R2／R1を代入すれば V0＝VK＋α（Ｔ−TK）＋（α／γ）（Vg0−γT）／１−
δ＋ε（１＋α／γ） 分子を展開すれば VK−αTK＋α／γVg0 従つてαの関数としての電圧は V0＝VK＋α（V90／γ−TK）／１−δ＋ε（１＋α／
γ） VK、TK、δ、ε、γは定数 …（4A） αについて導関数をとれば、 dV0／dα＝〔１−δ＋ε＋ε／γα〕（V90
／γ−TK）−〔VK−α（V90／γ−TK）〕ε／γ／〔１
−δ＋ε（１＋α／γ）〕2 これをゼロとおけば、 Vg0／VK−γ・TK／VK＝ε／１−δ＋ε …（5A）
第１図は本発明の好ましい実施例の基本的構成
を示す回路図、第２図は、第１図にしめした原理
による電圧基準装置を詳細に示す回路図、第３図
は電圧源の電圧対温度特性を示すグラフ図であ
る。 なお図面に用いた符号において、１０……ツエ
ナーダイオード電圧源、１２……出力ライン、１
４……演算増幅器、１６……反転入力端子、１８
……抵抗、２０……共通ライン、２２……非反転
入力端子、２４……補償電圧手段（制御回路）、
２６，２８，３０……分圧抵抗、R1，R2，R135
〜R143……抵抗、Q1，Q2，Q103〜Q116……トラン
ジスタである。
を示す回路図、第２図は、第１図にしめした原理
による電圧基準装置を詳細に示す回路図、第３図
は電圧源の電圧対温度特性を示すグラフ図であ
る。 なお図面に用いた符号において、１０……ツエ
ナーダイオード電圧源、１２……出力ライン、１
４……演算増幅器、１６……反転入力端子、１８
……抵抗、２０……共通ライン、２２……非反転
入力端子、２４……補償電圧手段（制御回路）、
２６，２８，３０……分圧抵抗、R1，R2，R135
〜R143……抵抗、Q1，Q2，Q103〜Q116……トラン
ジスタである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１の勾配を有する電圧対温度特性曲線に従
い第１の電圧を発生する第１の電圧源手段と、 第２の勾配を有する電圧対温度特性曲線に従い
第２の電圧を発生し、この第２の電圧が第１の電
圧と組合わされて前記第１および第２の電圧に応
答した合成基準出力電圧を発生するための第２の
電圧源手段と、 前記第２の電圧源手段と共に作動する制御回路
手段とを備え、この制御回路手段が、 前記制御回路手段の要素の予め定められたパラ
メータに従つて、前記第２の電圧源手段の電圧対
温度特性曲線の勾配を形態の一つとして含む独立
した２つの曲線形態の夫々を制御する手段と、 前記第２の電圧を変化させ、対応して前記合成
基準電圧を変化させる可調整手段と、 前記合成電圧が選択可能な広い範囲から予め選
択して特に指定した値に調整された時に、前記予
め定められたパラメータと関連づけて、前記合成
電圧に対し所定の温度係数をあたえるために、前
記第２の電圧が変化されるにつれて前記可調整手
段の制御下で前記第２の勾配を変化させる手段と
を有することを特徴とする温度補償されたソリツ
ドステート電圧基準装置。 ２ 前記制御回路手段は、前記合成電圧が前記指
定値に達した時に前記合成電圧に対し有効ゼロ温
度係数を提供するように作動するものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度補
償されたソリツドステート電圧基準装置。 ３ 前記制御回路手段は、前記合成電圧が前記指
定値に達した時に前記２つの勾配間に有効反転整
合を生じ該指定値においてゼロ温度補償を行なう
ように作動するものであることを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載の温度補償されたソリツド
ステート電圧基準装置。 ４ 前記第１の電圧源手段がツエナーダイオード
を有し、前記第２の電圧源手段が、半導体ジヤン
クシヨンのベース・エミツタ電圧の関数である補
償電圧を発生する手段を有することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の温度補償されたソリ
ツドステート電圧基準装置。 ５ 前記調整手段が前記ジヤンクシヨンと直列に
可変抵抗を有することを特徴とする特許請求の範
囲第４項記載の温度補償されたソリツドステート
電圧基準装置。 ６ ソリツドステート電圧源の第１の電圧を、こ
の電圧源に第２の電圧を発生する第２の電圧源手
段を接続し、前記第１および第２の電圧の和に対
応した合成基準電圧を発生させることによつて温
度補償する技術において、前記２つの電圧の電圧
対温度特性曲線が反対の符号を有して温度効果が
前記基準電圧においてキヤンセルされる傾向を有
し、選択可能な広い範囲から指定された或る値の
前記基準電圧に対して温度補償を与える方法であ
つて、 制御回路手段の要素の予め定められたパラメー
タに従つて、前記第２の電圧源手段の特性曲線の
勾配を形態の一つとして含む独立した２つの曲線
形態の夫々を制御するための制御回路手段を前記
第２の電圧源手段に接続すること、 前記制御回路手段の回路素子を調整して前記第
２の電圧を変化させ、前記基準電圧を前記指定さ
れた値にすること、 前記回路素子の調整により前記第２の電圧の電
圧対温度特性曲線の勾配を制御し、前記特性曲線
の他の曲線形態と共に、前記第１および第２の電
圧の温度特性による前記基準電圧に対する効果の
間に所定の関係を発生させ、前記基準電圧が前記
指定値に調整された時に前記基準電圧に対し所定
の温度係数を与えることとを特徴とする基準電圧
の温度補償方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US94632678A | 1978-09-27 | 1978-09-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5556212A JPS5556212A (en) | 1980-04-24 |
| JPH0135364B2 true JPH0135364B2 (ja) | 1989-07-25 |
Family
ID=25484320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12465879A Granted JPS5556212A (en) | 1978-09-27 | 1979-09-27 | Temperature compensation type solid stae supplying signal reference unit and temperature compensation for reference signal with instruction value |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5556212A (ja) |
| CA (1) | CA1141820A (ja) |
| DE (1) | DE2938849C2 (ja) |
| FR (1) | FR2437656A1 (ja) |
| GB (1) | GB2032659B (ja) |
| NL (1) | NL7907161A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4315209A (en) * | 1980-07-14 | 1982-02-09 | Raytheon Company | Temperature compensated voltage reference circuit |
| US4677369A (en) * | 1985-09-19 | 1987-06-30 | Precision Monolithics, Inc. | CMOS temperature insensitive voltage reference |
| GB2198559B (en) * | 1986-12-09 | 1990-09-12 | Stc Plc | Voltage reference circuit |
| FR2680587B1 (fr) * | 1991-08-23 | 1993-10-15 | Thomson Csf | Procede et dispositif de commande et regulation. |
| DE4137730C2 (de) * | 1991-11-15 | 1993-10-21 | Texas Instruments Deutschland | In einer Halbleiterschaltung integrierte Schaltungsanordnung |
| DE4223295C1 (de) * | 1992-07-15 | 1994-01-13 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zur Referenzspannungserhöhung |
| DE19621749C2 (de) * | 1996-05-30 | 1998-07-16 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Widerstandsverhaltens mit einstellbarem positiven Temperaturkoeffizienten sowie Verwendung dieser Schaltungsanordnung |
| US7543253B2 (en) * | 2003-10-07 | 2009-06-02 | Analog Devices, Inc. | Method and apparatus for compensating for temperature drift in semiconductor processes and circuitry |
| CN118012209B (zh) * | 2024-02-21 | 2026-04-07 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 一种带高阶温度补偿的低温漂隐埋齐纳基准电路 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2314423C3 (de) * | 1973-03-23 | 1981-08-27 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren zur Herstellung einer Referenzgleichspannungsquelle |
| US3826969A (en) * | 1973-04-02 | 1974-07-30 | Gen Electric | Highly stable precision voltage source |
| US3947704A (en) * | 1974-12-16 | 1976-03-30 | Signetics | Low resistance microcurrent regulated current source |
| GB1549689A (en) * | 1975-07-28 | 1979-08-08 | Nippon Kogaku Kk | Voltage generating circuit |
-
1979
- 1979-09-26 NL NL7907161A patent/NL7907161A/nl not_active Application Discontinuation
- 1979-09-26 DE DE19792938849 patent/DE2938849C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1979-09-27 GB GB7933524A patent/GB2032659B/en not_active Expired
- 1979-09-27 CA CA000336481A patent/CA1141820A/en not_active Expired
- 1979-09-27 JP JP12465879A patent/JPS5556212A/ja active Granted
- 1979-09-27 FR FR7924041A patent/FR2437656A1/fr active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL7907161A (nl) | 1980-03-31 |
| DE2938849A1 (de) | 1980-04-17 |
| JPS5556212A (en) | 1980-04-24 |
| GB2032659B (en) | 1983-05-18 |
| FR2437656A1 (fr) | 1980-04-25 |
| FR2437656B1 (ja) | 1983-08-05 |
| GB2032659A (en) | 1980-05-08 |
| DE2938849C2 (de) | 1993-11-25 |
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