JPH02201512A - 線形化された温度作用を有する電圧基準回路 - Google Patents

線形化された温度作用を有する電圧基準回路

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JPH02201512A
JPH02201512A JP1304519A JP30451989A JPH02201512A JP H02201512 A JPH02201512 A JP H02201512A JP 1304519 A JP1304519 A JP 1304519A JP 30451989 A JP30451989 A JP 30451989A JP H02201512 A JPH02201512 A JP H02201512A
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terminal
emitter
transistor
resistance
temperature
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JP1304519A
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Massimiliano Brambilla
マシミリアノ・ブランビラ
Marco Morelli
マルコ・モレリ
Giampietro Maggioni
ジャンピエトロ・マッギオーニ
Paolo Menegoli
パオロ・メネゴリ
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STMicroelectronics SRL
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
SGS Thomson Microelectronics SRL
SGS Thomson Microelectronics Inc
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Publication date
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    • G05F3/02—Regulating voltage or current
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    • 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
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/30—Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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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】 この発明は、線形化された温度作用を白゛する電圧基べ
へ回路に関するものである。
既知のように、電圧基準は集積回路において欠くことの
できないブロックである。前π己ブロックは、ツェナー
・ダイオードまたはいわゆるバンドギトツブ構造を用い
た形状を含み得、その典型的な形状が第１図に示される
。現在のところ、ツェナー・ダイオードを使用する形状
よりも前記の例示された構造が好まれるが、これはその
ＲＲ造がいくつかの利点をＨするからであり、そのうち
の１つである、典型的には］、２■という出力電圧の低
い値によって、電源との互換性および優れた熱安定性を
拡張することが可能である。
、第１図、特にトランジスタＱ＋およびＱ２を参照する
と、簡単な計算によって次の式がｊ！Ｉられる。
すなわち、 Ｖａ　Ｅ　Ｆ　””Ｖ［Ｉ　Ｅ　＋２Ｒ，ΔＶＢＥここ
で、 ΔｖａＥ　−７７ＶＴ　　１ｌｎＡ であり、ＡはＱ＋およびＱ２のエミッタ領域間のＪ江 比、■、は逆飽和電流、Ｖ７　　　ｅηは修正パラメー
タであり、これは採用された技術に関連するが温度には
依存しない。
温度に関して誘導することによって、以下の式％式％ この最後の等式を解析することによって、ＯΔＶａ　Ｅ
　／（）　Ｔが正の定数であることがわかり、したがっ
て原始関数は上昇線形性質をａする。一方、すＶＢＥ／
υＴは定数ではなく負であるので、電圧ＶＢＥ　　（Ｔ
）は非線形下降性質を有する。この状態は第２ａ図およ
び第２ｂ図に例示され、Ｒ２における電圧降下の導関数
（温度に関するΔｖ８Ｅの導関数に正比例する）および
、温度に関するベース−エミッタ降下の導関数を各々示
す。
−４０℃から１５０℃の重要な温度領域（モータ車両の
分野における応用に典型的である）においては、３つの
異なった状況が考えられる。すなわち、 考察される全領域において絶対値が□ＶａＥ／５）Ｔ＞
３αΔＶａ　Ｅ　／″ｖＴであれば、電圧ＶＩＥＦ　　
（Ｔ）は常に上昇作用を何するであろう。
逆に、つＶ［ｌＥ／すＴ＜７ｊａΔＶａＥ／６Ｔであれ
ば（常に全領域における絶対値として）、■さらに、常
に当初考慮された領域内において、初めに、前述の２つ
の状態のうちの２つ目の状態となり、次に１つ目の状態
となれば、温度に関する電圧Ｖ＊ＥＦ（Ｔ）の導関数は
当初、正であり、続いて負となるであろう（第２Ｃ図参
照）し、原始関数は放物線プロットを有するであろう。
より一般的には、電圧ＶＲＥＦは、その最大値が、考慮
される温度領域内または領域外の位置をとり得る放物線
性質を有するということができる。
電圧Ｖ［ｌＥが同じであれば、この点の位置は、所与の
標準温度（通常、周囲温度が考慮される）で得られる電
圧ＶＲＥＦに連接する。この基準電圧値は、したがって
抵抗器Ｒ２の値を決定する。
これらの結論が第２ａ図、第２ｂ図、第２Ｃ図および第
３図に示され、そこでは抵抗器Ｒ２について３つの異な
った値が想定され、したがって３つの異なったプロット
が得られた。特に、曲線１．２．３は、曲線？）ＶＩＩ
ＥＦｌつＴの符号変化点の推移、すなわち原線の傾斜変
化点の変化を伴なう、抵抗値Ｒ２の下降値に関するもの
であり、したがってそれは第３図に示された３つの性質
のうちの１つを有するであろう。この性質は数式を解く
ことによって決定されるので、いずれにせよ理論上のも
のにすぎず、実際、避は難いプロセスの幅によって、そ
のような性質は達成不可能である。
このような状態において、前記電圧の性質を線形化する
ための手段を提供することによって、基準電圧の変化を
温度の関数として限定するという問題が生じる。
これを目的とする、この発明の特別な課題は、最小のバ
ルクを有する回路によって、基！＄雷電圧安定性を向上
させ、かつ温度依存を低減することである。
この発明のもう１つの課題は、電圧基準回路に容易に集
積化Ｉ′ｉｆ能であり、かつ確実な動作を行なう簡単な
補償システムを提供することである。
この目的ならびに、前述の課題および以下において明ら
かとなるであろうその他の課題は、前掲の特許請求の範
囲においてて規定されるような、線形化された温度性質
ををする電圧基準回路によって達成される。
この発明の特徴および利点は、添付の図面に非限定的例
としてのみ示された、独占的ではない好ましい実施例の
説明から明らかとなろう。
第１図ないし第３図は以下において説明されない。その
ような図面についてはこの特許出願の導入部を参照され
たい（第１図について’４１．ニー・ボール・プロコ−
（Ａ、Ｐａｕ　Ｉ　　ＢＲＯＫＡＷ）の「単一端子３夏
Ｃ基ｉ’Ｊ（Ｓｉｎｇｌｅ　　ｔｅｒｍｔｎａｌ　　ｔ
ｈｒｅｅ　　ＩＣｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）Ｊ　ＩＥＥＥ　
　ジャーナル番オブ拳ソリッド会ステート−サーキッツ
（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆＳｏｌｉｄ−８ｔａｔｅ　　
Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ）第ＳＣ９巻　第６号、１９７４年１
２月、３８９−３９３頁も参照されたし）。
そこで第４図を参照すると、この発明によるバンドギャ
ップ形状の電圧基準回路が示される。そのような回路は
、抵抗器Ｒ２に代わって、互いに直列に配置され、一方
の側においてＱ２のエミッタおよびＲ７の１つの端子に
接続され、他方の側において接地される３つの抵抗器Ｒ
２α、Ｒ２ｂおよびＲ２Ｏが設けられたという以外は、
実質的に第１図の回路に対応する。この回路はさらにＮ
ＰＮ型トランジスタＱ、を念み、そのベースはＲ２Ｏと
Ｒ２ｂとの共通点に接続され、コレクタは電源電圧ＶＣ
Ｃに接続され、さらにそのエミッタは抵抗器ＲＩ！を介
してＲ２゜とＲ２Ｏとの間の共通点に接続される。
仮に抵抗器Ｒ３を度外視すると、トランジスタＱ、のコ
レクタ電流ＩＣおよびベース−エミッタ電圧降下ＶＢＥ
は以下のとおりである。
ａＥ Ｉｃ−１５ｅＸｐηＶＴ 上の式から、 　２　ｂ ＩＣ−Ｉｓ　　ｅｘｐ（２１ｎＡ） Ｒ。
が得られる。
この電流は、もっばら電流Ｉ、のために、放物線温度依
存を有し、その値はほぼ１０℃ごとに２倍になる。この
電流を抵抗器Ｒ２，に導入することによって、電圧ＶＲ
ＥＦに関するさらなる項か得られ、本来の性質を補償す
ることがｉｉＪ能である。
したがって、この電流を用いることによって、所与の温
度から始まるｖ５準電圧ＶＲＥＦの変化を補償すること
か可能である。実際、上記の説明に基づいて、抵抗器Ｒ
２上の電圧、したがって特にＲ２゜上の電圧はΔＶａ〔
に比例して温度とともに上昇し、一方Ｑ、のベース−エ
ミッタ接合点上の電圧は温度とともに下降する。したが
って、所与の温度においてＶＲ２ｂ−ｖａＥが成立し、
トランジスタＱ、はスイッチ・オンされる。
例示された図面を参照すると、トランジスタＱ、は温度
が上ｙ？するにつれてその導電性が増加する傾向にある
であろう。したかって抵抗器Ｒ８が、前記トランジスタ
をより漸次的にスイッチ・オンするために、挿入された
。
トランジスタＱ、の作用は高温に限定されているので、
低温において最大値を有するバク電圧作用から始めるこ
とによって、すなわち既に述べられたようにＲ２゜の値
を適切に設定することによって得られる、第３図の曲線
３によって示された状態において、補償が最適化される
。
同じ発明の概念か、ウィドラー（Ｗｉｄ！ａｒ）の理論
に従って配設された基準電圧にも適用可能であり、第５
図はその典型的な非線形化構造を示す。
この既知の形状においては、出力電圧ＶＲＥＦはトラン
ジスタＱ、におけるベース−エミッタ降ドにＲ４上の降
下を加えることによってｉりられる。
上に提示された考察はしたがってこの回路においても釘
効であり、かつ出力バク電圧は概して、第６図に示され
た図面を用いることによって高温で補償可能な放物線プ
ロットを有するであろう。
その図面に貼られるように、また第４図に示された解決
案と同様に、抵抗”Ｄ　Ｒ４は２つの抵抗器Ｒ４Ｑおよ
びＲ４ｂに分割され、ＰＮＰ型トランジスタＱ’　ａが
挿入された。そのトランジスタのコレクタは接地され、
ベースはＲ４Ｃ１とＲ４ｂとの間の共通点に接続され、
さらにそのエミッタは抵抗器Ｒ／　、に接続される。抵
抗器ＲＪ　、の他方の端子は、概略的に電流源■で示さ
れた回路の上方部分に接続される。
第６図の回路の温度補償は第４図に示されたものと同様
に作用する。特定的には、Ｒ２ＯはＲ２゜の均等物であ
り、回復または補償トランジスタＱ’　ａのスイッチ・
オン温度を設定する。Ｒ４ｂは抵抗６　Ｒ２Ｃの均等物
であり、したがって回復電圧を設定する（トランジスタ
Ｑ／　ｋがスイッチ・オンした後、そのベース電流を受
けるため）。
さらにＲ／、は回復トランジスタの動作をより漸次的な
ものにする。
上の説明かられかるように、この発明は提示された目的
を達成する。特に、補償トランジスタを挿入することに
よって、既知の回路において、回路を適切に寸法法めす
ることによって設定可能な電圧から始まる回復電流を導
入するための電流源が挿入される。その電流は５Ｒ２Ｃ
またはＲ４゜に導入されると、温度が上昇する際の基準
電圧の負の傾斜を補償するか、少なくとも低減すること
か可能である。
さらに、例示された解決案は、既知の回路にさらなる変
形を加えることなくトランジスタおよび抵抗器を挿入す
るので極めて簡単であり、低減されたバルクを伴ない、
さらに容易に集積化可能である。
このようにして考案された発明は、発明の概念の範囲内
で、多数の変更および変形を加えることが可能である。
最後に、すべての細部はその他の技術的に均等なものと
代替可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、バンドギャップ形状の既知の電圧基準の簡略
化された回路図である。 第２ａ図、第２ｂ図、第２Ｃ図および第３図は、第１図
の回路について考えられる７ｕ圧のプロットおよびその
導関数を示す。 第４図は、この発明に従って変形された、第１図の構造
の簡略化された回路図である。 第５図は、既知の電圧基塗のもう１つの形状の簡略化さ
れた回路図である。 第６図は、この発明による、第５図の変形例である。 図において、ＱＲはＮＰＮ型トランジスタ、Ｑ、はＰＮ
ＰＮＰＮトランジスタす。 特５′１出願人 工ッセ・ジ・エノセ・トムソン・ ミクロエレクトロニクス・エツセ Ｆ１９．５ ’）−１９，６

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）線形化された温度作用を有する電圧基準回路であ
    って、温度の関数として非線形状に可変の電圧降下（Ｖ
    ＿Ｂ＿Ｅ）を有するベース−エミッタ接合を含むトラン
    ジスタ（Ｑ＿２、Ｑ＿５）と、前記接合に直列に接続さ
    れた抵抗手段（Ｒ＿２＿ａないしＲ＿２＿ｃ；Ｒ＿４＿
    ａ、Ｒ＿４＿ｂ）とを含み、前記接合および前記抵抗手
    段は基準電位線と出力端子との間に介挿され、温度の関
    数として可変の補償電流（Ｉ＿ｃ）を前記抵抗手段（Ｒ
    ＿２＿ａないしＲ＿２＿ｃ；Ｒ＿４＿ａ、Ｒ＿４＿ｂ）
    に供給して、前記回路の少なくとも１つの動作領域にお
    いては前記電圧降下と実質的に正反対の性質を有する電
    圧降下を発生させる可変電流源手段（Ｑ＿Ｒ；Ｑ′＿Ｒ
    ）を特徴とする、回路。
  2. （２）前記電流源手段が、前記補償電流を供給するため
    の補償トランジスタ（Ｑ＿Ｒ；Ｑ′＿Ｒ）を含むことを
    特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の、回路。
  3. （３）所与の動作温度において前記補償トランジスタを
    スイッチ・オンするための回路手段（Ｒ＿２＿ｂ、Ｒ＿
    Ｒ；Ｒ＿４＿ａ、Ｒ′＿Ｒ）を含むことを特徴とする、
    特許請求の範囲第２項に記載の、回路。
  4. （４）コレクタ端子が各電流源に接続され、ベース端子
    が共に接続され、さらにエミッタ端子が第１の抵抗エレ
    メント（Ｒ＿１）を介して共に接続される第１および第
    ２のトランジスタ（Ｑ＿１、Ｑ＿２）を含み、前記第１
    および第２トランジスタのエミッタ端子は前記抵抗手段
    （Ｒ＿２＿ａないしＲ＿２＿ｃ）に接続され、前記抵抗
    手段が、その第１端子と直列に互いに接続される少なく
    とも１つの第２抵抗エレメントと少なくも１つの第３抵
    抗エレメント（Ｒ＿２＿ｂ、Ｒ＿２＿ｃ）とを含むこと
    を特徴とし、前記第２抵抗エレメント（Ｒ＿２＿ｂ）の
    他方の端子は前記第１および第２トランジスタ（Ｑ＿１
    、Ｑ＿２）の前記エミッタ端子に接続され、前記第３抵
    抗エレメント（Ｒ＿２＿ｃ）の他方の端子は接地線に接
    続され、さらに前記第２抵抗エレメント（Ｒ＿２＿ｂ）
    がさらに前記補償トランジスタ（Ｑ＿Ｒ）のベース−エ
    ミッタ接合に並列に接続され、そのスイッチ・オン温度
    を設定することを特徴とする、バンドギャップ型の、特
    許請求の範囲第１項に記載の、回路。
  5. （５）前記補償トランジスタ（Ｑ＿Ｒ）のエミッタに直
    列に接続される第４の抵抗エレメント（Ｒ＿Ｒ）を特徴
    とする、特許請求の範囲第４項に記載の、回路。
  6. （６）コレクタおよびエミッタ端子によって前記出力端
    子と前記基準電位線との間に接続され、ベース端子によ
    って前記抵抗手段（Ｒ＿４＿ａ、Ｒ＿４＿ｂ）の端子に
    接続されるトランジスタ（Ｑ＿５）を含み、前記抵抗手
    段は他方の端子によって前記出力端子に接続され、前記
    抵抗手段が、その第１端子に互いに接続される第１およ
    び第２の抵抗エレメント（Ｒ＿４＿ａ、Ｒ＿４＿ｂ）を
    含むことを特徴とし、前記第１抵抗エレメント（Ｒ＿４
    ＿ｂ）の他方の端子は前記トランジスタ（Ｑ＿５）のベ
    ース端子に接続され、前記第２抵抗エレメント（Ｒ＿４
    ＿ａ）の他方の端子は前記出力端子に接続され、さらに
    前記第２抵抗エレメント（Ｒ＿４＿ａ）が前記補償トラ
    ンジスタ（Ｑ′＿Ｒ）のベース−エミッタ接合に並列に
    接続され、そのスイッチ・オン温度を設定することを特
    徴とする、ウィドラー（Ｗｉｄｌａｒ）型の、特許請求
    の範囲第１項に記載の、回路。
  7. （７）前記補償トランジスタ（Ｑ′＿Ｒ）のエミッタ端
    子に直列に接続される第３抵抗エレメント（Ｒ′＿Ｒ）
    を特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載の、回路。
JP1304519A 1988-11-23 1989-11-22 線形化された温度作用を有する電圧基準回路 Pending JPH02201512A (ja)

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