JPH04250509A - 電源独立型電流源を使用するバンドギャップ電圧基準回路およびその方法 - Google Patents
電源独立型電流源を使用するバンドギャップ電圧基準回路およびその方法Info
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- JPH04250509A JPH04250509A JP3177711A JP17771191A JPH04250509A JP H04250509 A JPH04250509 A JP H04250509A JP 3177711 A JP3177711 A JP 3177711A JP 17771191 A JP17771191 A JP 17771191A JP H04250509 A JPH04250509 A JP H04250509A
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Classifications
-
- 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
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/22—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only
-
- 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
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- 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
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電圧基準回路に関し、さ
らに詳しくは温度および電源の変動から独立して動作す
る安定した出力電圧を提供するバンドギャップ電圧基準
回路に関する。
らに詳しくは温度および電源の変動から独立して動作す
る安定した出力電圧を提供するバンドギャップ電圧基準
回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】電圧基準回路は安定した基準信号を供給
するため現代の多くの電子設計でよく使用されている。 バンドギャップ電圧基準回路は、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ
ｓ， ｖｏｌ． ＳＣ−９， Ｎｏ．６， １９７４
年１２月の“Ａ ＳＩＭＰＬＥＴＨＲＥＥ−ＴＥＲＭＩ
ＮＡＬ ＩＣ ＢＡＮＤＧＡＰ ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ”
と題するＡ． Ｐａｕｌ Ｂｒｏｋａｗの論文で考察さ
れているように、温度独立特性のため、この分野に非常
に適している。簡単に言えば、Ｂｒｏｋａｗの論文は２
トランジスタ構成を開示しており、これは、等しい電流
を導通するが、異なるエミッタ領域を有し（たとえば８
対１）、異なる電流密度およびベース・エミッタ接合電
位Ｖｂｅを生じる。通常第１トランジスタの方が大きな
エミッタ領域を有しており、これに対応して電流密度は
低く、Ｖｂｅは小さい。２つの抵抗を第１トランジスタ
のエミッタ経路に直列に接続し、その相互接続に第２ト
ランジスタのエミッタを結合すれば、正の温度係数を有
するデルタＶｂｅが上部抵抗の両端に発生する。第１ト
ランジスタおよび第２トランジスタを介して流れる電流
が妥当な一定の値であり、かつ等価である場合には、上
部抵抗の両端における電圧の正の温度係数は、第１トラ
ンジスタのベース・エミッタ接合の固有の負の温度係数
を相殺する傾向があり、理解されるように、これによっ
て第２トランジスタのコレクタに温度の変動に左右され
ない出力電圧を供給する。
するため現代の多くの電子設計でよく使用されている。 バンドギャップ電圧基準回路は、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ
ｓ， ｖｏｌ． ＳＣ−９， Ｎｏ．６， １９７４
年１２月の“Ａ ＳＩＭＰＬＥＴＨＲＥＥ−ＴＥＲＭＩ
ＮＡＬ ＩＣ ＢＡＮＤＧＡＰ ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ”
と題するＡ． Ｐａｕｌ Ｂｒｏｋａｗの論文で考察さ
れているように、温度独立特性のため、この分野に非常
に適している。簡単に言えば、Ｂｒｏｋａｗの論文は２
トランジスタ構成を開示しており、これは、等しい電流
を導通するが、異なるエミッタ領域を有し（たとえば８
対１）、異なる電流密度およびベース・エミッタ接合電
位Ｖｂｅを生じる。通常第１トランジスタの方が大きな
エミッタ領域を有しており、これに対応して電流密度は
低く、Ｖｂｅは小さい。２つの抵抗を第１トランジスタ
のエミッタ経路に直列に接続し、その相互接続に第２ト
ランジスタのエミッタを結合すれば、正の温度係数を有
するデルタＶｂｅが上部抵抗の両端に発生する。第１ト
ランジスタおよび第２トランジスタを介して流れる電流
が妥当な一定の値であり、かつ等価である場合には、上
部抵抗の両端における電圧の正の温度係数は、第１トラ
ンジスタのベース・エミッタ接合の固有の負の温度係数
を相殺する傾向があり、理解されるように、これによっ
て第２トランジスタのコレクタに温度の変動に左右され
ない出力電圧を供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】第１トランジスタおよ
び第２トランジスタを介して流れる電流は通常、正の電
源導線に結合されたエミッタを有するＰＮＰトランジス
タ電流ミラー構成によって供給される。正の電源にあら
われる過渡動作は、第１トランジスタと第２トランジス
タを介して流れる電流に反映されており、Ｖｂｅの変動
ならびにエミッタ抵抗の両端に発生する電位の変動を誘
起する。これは第２トランジスタのコレクタ電位の変動
となり、そのため出力電圧は電源電圧に依存する。電源
変動に帰せられる回路信号レベルの変動は通常、アーリ
ー電圧効果として知られ、これは調整済み出力信号に悪
影響を与える望ましくない状態である。
び第２トランジスタを介して流れる電流は通常、正の電
源導線に結合されたエミッタを有するＰＮＰトランジス
タ電流ミラー構成によって供給される。正の電源にあら
われる過渡動作は、第１トランジスタと第２トランジス
タを介して流れる電流に反映されており、Ｖｂｅの変動
ならびにエミッタ抵抗の両端に発生する電位の変動を誘
起する。これは第２トランジスタのコレクタ電位の変動
となり、そのため出力電圧は電源電圧に依存する。電源
変動に帰せられる回路信号レベルの変動は通常、アーリ
ー電圧効果として知られ、これは調整済み出力信号に悪
影響を与える望ましくない状態である。
【０００４】そのため、温度ならびに電源の変動から独
立して動作する出力電圧を有する改良された電圧基準回
路に対するニーズがある。
立して動作する出力電圧を有する改良された電圧基準回
路に対するニーズがある。
【０００５】したがって本発明の目的は、改良された電
圧基準回路を提供することである。本発明の他の目的は
、温度から独立して動作する出力電圧を有する改良され
た電圧基準回路を提供することである。
圧基準回路を提供することである。本発明の他の目的は
、温度から独立して動作する出力電圧を有する改良され
た電圧基準回路を提供することである。
【０００６】本発明のさらに他の目的は、電源から独立
して動作する出力電圧を有する改良された電圧基準回路
を提供することである。
して動作する出力電圧を有する改良された電圧基準回路
を提供することである。
【０００７】本発明のさらに別の目的は、制御可能な温
度係数を有する改良された電圧基準回路を提供すること
である。
度係数を有する改良された電圧基準回路を提供すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記およびその他の目的
に従って、出力電圧を供給する改良された電圧基準回路
が提供され、この回路は、所定の温度係数を有する電流
を供給する出力を含む第１回路によって構成される。ま
た、第１回路の出力に結合されたコレクタ，電圧基準回
路の出力に結合されたベースおよび第１抵抗を介して第
１動作電位源に結合されたエミッタを有する第１トラン
ジスタが設けられ、所定の温度係数を有する電流を導通
する。この電流により、第１トランジスタのベース・エ
ミッタ接合における温度係数とは逆の温度係数を有する
電位が第１抵抗において生じる。第２回路は第１トラン
ジスタのコレクタとベースとの間に結合され、ベース・
ドライブをこれに供給する。
に従って、出力電圧を供給する改良された電圧基準回路
が提供され、この回路は、所定の温度係数を有する電流
を供給する出力を含む第１回路によって構成される。ま
た、第１回路の出力に結合されたコレクタ，電圧基準回
路の出力に結合されたベースおよび第１抵抗を介して第
１動作電位源に結合されたエミッタを有する第１トラン
ジスタが設けられ、所定の温度係数を有する電流を導通
する。この電流により、第１トランジスタのベース・エ
ミッタ接合における温度係数とは逆の温度係数を有する
電位が第１抵抗において生じる。第２回路は第１トラン
ジスタのコレクタとベースとの間に結合され、ベース・
ドライブをこれに供給する。
【０００９】もう１つの側面では、本発明は温度から独
立して動作する出力電圧を発生させる方法によって構成
される。所定の温度係数を有する第１電流が供給され、
第１抵抗と、ベース・エミッタ接合の両端においてある
温度係数を有する第１トランジスタとを介して流れる。 第１抵抗の両端にあらわれる電位は、第１トランジスタ
のベース・エミッタ接合の両端の温度係数とは逆の温度
係数を有しており、出力電圧の温度誘起型変動を実質的
に相殺する。
立して動作する出力電圧を発生させる方法によって構成
される。所定の温度係数を有する第１電流が供給され、
第１抵抗と、ベース・エミッタ接合の両端においてある
温度係数を有する第１トランジスタとを介して流れる。 第１抵抗の両端にあらわれる電位は、第１トランジスタ
のベース・エミッタ接合の両端の温度係数とは逆の温度
係数を有しており、出力電圧の温度誘起型変動を実質的
に相殺する。
【００１０】
【実施例】図１では、電圧基準回路１０が示されており
、この回路１０は、トランジスタ２０のコレクタに流入
する電流基準信号を供給する出力を有する電流基準回路
１２によって構成されている。トランジスタ２０のエミ
ッタは、接地電位で動作する電源導線２４に抵抗２２を
介して結合される。トランジスタ２０のコレクタおよび
ベースはトランジスタ２６のベースおよびエミッタにそ
れぞれ結合されており、一方トランジスタ２６のコレク
タは電源導線２７に結合されており、これは通常ＶＣＣ
など正電位で動作する。温度および電源の変動から独立
して動作する出力電圧は、トランジスタ２０のベースで
ある出力端子２８において与えられる。また抵抗３０，
３２は、出力端子２８と電源導線２４との間に直列に結
合され、出力３４において出力電圧の分圧比を与える。
、この回路１０は、トランジスタ２０のコレクタに流入
する電流基準信号を供給する出力を有する電流基準回路
１２によって構成されている。トランジスタ２０のエミ
ッタは、接地電位で動作する電源導線２４に抵抗２２を
介して結合される。トランジスタ２０のコレクタおよび
ベースはトランジスタ２６のベースおよびエミッタにそ
れぞれ結合されており、一方トランジスタ２６のコレク
タは電源導線２７に結合されており、これは通常ＶＣＣ
など正電位で動作する。温度および電源の変動から独立
して動作する出力電圧は、トランジスタ２０のベースで
ある出力端子２８において与えられる。また抵抗３０，
３２は、出力端子２８と電源導線２４との間に直列に結
合され、出力３４において出力電圧の分圧比を与える。
【００１１】電流基準回路１２の詳細を図２に示す。こ
れは抵抗として動作するＦＥＴトランジスタ４０を含み
、このトランジスタ４０は電源導線２７に結合されたソ
ース，電源導線２４に結合されたゲートおよびダイオー
ド構成型トランジスタ４２のベースとコレクタとに結合
されたドレインを有している。トランジスタ４２のエミ
ッタはトランジスタ４４のコレクタとベースとに結合さ
れており、一方トランジスタ４４のエミッタはトランジ
スタ４６のベースとコレクタとに結合されている。トラ
ンジスタ４６のエミッタはトランジスタ４８のベースと
コレクタとに結合されており、トランジスタ４８のエミ
ッタは電源導線２４に結合されており、これによってダ
イオード・スタックを形成し、トランジスタ５０のコレ
クタとベースとにおいて４ベース・エミッタ接合電位（
４Ｖｂｅ）から成る電圧を生じる。トランジスタ５０の
エミッタはトランジスタ５２のコレクタに結合され、ト
ランジスタ５２のエミッタは抵抗５４を介して電源導線
２７に結合され、一方トランジスタ５６のエミッタは抵
抗５８を介して電源導線２７に結合され、トランジスタ
５６のベースとコレクタとはともにトランジスタ６０の
コレクタに結合されている。トランジスタ６０のエミッ
タは、ダイオード構成型トランジスタ６２および抵抗６
４を介して電源導線２４に結合され、トランジスタ６０
のベースはトランジスタ６６のコレクタに結合され、コ
ンデンサ６８を介して電源導線２４に結合され、抵抗７
０を介してトランジスタ５２のコレクタに結合される。 トランジスタ６６のベースはトランジスタ７２のベース
とコレクタとに結合され、トランジスタ７４のベースお
よびトランジスタ７６のエミッタに結合される。トラン
ジスタ６６，７２，７４のエミッタは電源導線２４に結
合され、トランジスタ７４の経路に抵抗７８が設けられ
ている。トランジスタ７６のコレクタおよびベースは電
源導線２７およびトランジスタ７４のコレクタにそれぞ
れ結合されており、またトランジスタ７４のコレクタは
抵抗８０を介してトランジスタ８２のコレクタに結合さ
れており、このトランジスタ８２は、抵抗８４を介して
電源導線２７に結合されたエミッタと、トランジスタ５
２，５６のベースに結合されたベースとを含み、基準電
位を発生する。また、トランジスタ８２のベースはトラ
ンジスタ８６のベースに結合され、このトランジスタ８
６は、抵抗８８を介して電源導線２７に結合されたエミ
ッタと、電流基準回路１２の出力であるコレクタとを含
み、電流基準信号を提供する。
れは抵抗として動作するＦＥＴトランジスタ４０を含み
、このトランジスタ４０は電源導線２７に結合されたソ
ース，電源導線２４に結合されたゲートおよびダイオー
ド構成型トランジスタ４２のベースとコレクタとに結合
されたドレインを有している。トランジスタ４２のエミ
ッタはトランジスタ４４のコレクタとベースとに結合さ
れており、一方トランジスタ４４のエミッタはトランジ
スタ４６のベースとコレクタとに結合されている。トラ
ンジスタ４６のエミッタはトランジスタ４８のベースと
コレクタとに結合されており、トランジスタ４８のエミ
ッタは電源導線２４に結合されており、これによってダ
イオード・スタックを形成し、トランジスタ５０のコレ
クタとベースとにおいて４ベース・エミッタ接合電位（
４Ｖｂｅ）から成る電圧を生じる。トランジスタ５０の
エミッタはトランジスタ５２のコレクタに結合され、ト
ランジスタ５２のエミッタは抵抗５４を介して電源導線
２７に結合され、一方トランジスタ５６のエミッタは抵
抗５８を介して電源導線２７に結合され、トランジスタ
５６のベースとコレクタとはともにトランジスタ６０の
コレクタに結合されている。トランジスタ６０のエミッ
タは、ダイオード構成型トランジスタ６２および抵抗６
４を介して電源導線２４に結合され、トランジスタ６０
のベースはトランジスタ６６のコレクタに結合され、コ
ンデンサ６８を介して電源導線２４に結合され、抵抗７
０を介してトランジスタ５２のコレクタに結合される。 トランジスタ６６のベースはトランジスタ７２のベース
とコレクタとに結合され、トランジスタ７４のベースお
よびトランジスタ７６のエミッタに結合される。トラン
ジスタ６６，７２，７４のエミッタは電源導線２４に結
合され、トランジスタ７４の経路に抵抗７８が設けられ
ている。トランジスタ７６のコレクタおよびベースは電
源導線２７およびトランジスタ７４のコレクタにそれぞ
れ結合されており、またトランジスタ７４のコレクタは
抵抗８０を介してトランジスタ８２のコレクタに結合さ
れており、このトランジスタ８２は、抵抗８４を介して
電源導線２７に結合されたエミッタと、トランジスタ５
２，５６のベースに結合されたベースとを含み、基準電
位を発生する。また、トランジスタ８２のベースはトラ
ンジスタ８６のベースに結合され、このトランジスタ８
６は、抵抗８８を介して電源導線２７に結合されたエミ
ッタと、電流基準回路１２の出力であるコレクタとを含
み、電流基準信号を提供する。
【００１２】正電位ＶＣＣが電源導線２７に印加される
ので、電圧基準回路１０について電流基準回路１２の動
作から説明する。電源導線２７と、トランジスタ４２〜
４８で形成されるダイオード・スタックの上部との間に
約１００Ｋオームの抵抗を与え、そのあいだに流れる電
流を制限するため、トランジスタ４０が選ばれる。その
ため、トランジスタ５２のコレクタに印加される電位は
、接地電位より３Ｖｂｅ上であり（４Ｖｂｅからトラン
ジスタ５０のＶｂｅを引いた値）、この電位は抵抗７０
を介して電流を導通させ、トランジスタ６０，６２をオ
ンにするのに充分なレベルである。トランジスタ６０を
介して流れる電流は、トランジスタ５６のベースおよび
コレクタの電圧を下げ、トランジスタ５６をオンにし、
抵抗５８，トランジスタ５６，６０，６２および抵抗６
４を介する電源導線２７と２４との間の第１伝導路を形
成する。またトランジスタ５６のベースにおける低電位
は、トランジスタ５２，８２をオンにし、抵抗５４，ト
ランジスタ５２，抵抗７０およびトランジスタ６６を介
する第２伝導路と、抵抗８４，トランジスタ８２，抵抗
８０，トランジスタ７４および抵抗７８を介する第３伝
導路とを形成する。いったん電流基準回路１２が起動さ
れると、トランジスタ５２のコレクタにあらわれる電圧
はトランジスタ５０のベース・エミッタ接合を逆方向に
バイアスするので、トランジスタ４０〜５０については
考慮する必要はない。
ので、電圧基準回路１０について電流基準回路１２の動
作から説明する。電源導線２７と、トランジスタ４２〜
４８で形成されるダイオード・スタックの上部との間に
約１００Ｋオームの抵抗を与え、そのあいだに流れる電
流を制限するため、トランジスタ４０が選ばれる。その
ため、トランジスタ５２のコレクタに印加される電位は
、接地電位より３Ｖｂｅ上であり（４Ｖｂｅからトラン
ジスタ５０のＶｂｅを引いた値）、この電位は抵抗７０
を介して電流を導通させ、トランジスタ６０，６２をオ
ンにするのに充分なレベルである。トランジスタ６０を
介して流れる電流は、トランジスタ５６のベースおよび
コレクタの電圧を下げ、トランジスタ５６をオンにし、
抵抗５８，トランジスタ５６，６０，６２および抵抗６
４を介する電源導線２７と２４との間の第１伝導路を形
成する。またトランジスタ５６のベースにおける低電位
は、トランジスタ５２，８２をオンにし、抵抗５４，ト
ランジスタ５２，抵抗７０およびトランジスタ６６を介
する第２伝導路と、抵抗８４，トランジスタ８２，抵抗
８０，トランジスタ７４および抵抗７８を介する第３伝
導路とを形成する。いったん電流基準回路１２が起動さ
れると、トランジスタ５２のコレクタにあらわれる電圧
はトランジスタ５０のベース・エミッタ接合を逆方向に
バイアスするので、トランジスタ４０〜５０については
考慮する必要はない。
【００１３】トランジスタ７６のコレクタ・エミッタ伝
導路を介して流れる電流は、トランジスタ６６，７２，
７４にベース・ドライブを供給する。これにより、トラ
ンジスタ７４のコレクタからわずかしか電流が逸らされ
ない。これは、ベース電流がトランジスタ７６の順方向
電流利得によって効果的に分割されるためである。トラ
ンジスタ７２は、極めてわずかの電流しかそのコレクタ
・エミッタ伝導路を介して流れないので、トランジスタ
６６のベース・エミッタ接合の両端において安定したＶ
ｂｅを維持するのを助ける。抵抗５４，５８，８４は、
トランジスタ５２，５６，８２に対して同一のＶｂｅを
確立し、上記の第１，第２，第３伝導路を介して流れる
等しい電流、たとえば５０マイクロアンペアを確立する
ために整合（例えば、２Ｋオーム）されている。また抵
抗７０，８０は、抵抗６４，７８（例：７２０オーム）
と同様に整合されており（例：２８Ｋオーム）、トラン
ジスタ５２，８２のコレクタに等しい電位を与え、かつ
トランジスタ６６，７４に等しい電位を与える。すなわ
ち、トランジスタ７４のコレクタ電圧は、トランジスタ
７６のＶｂｅにトランジスタ７４のＶｂｅを加え、さら
に第３伝導路を介して流れる電流に抵抗７８の値を掛け
た値を加算した値であり、一方トランジスタ６６のコレ
クタ電圧は、トランジスタ６０のＶｂｅにトランジスタ
６２のＶｂｅを加え、さらに抵抗６４の両端にあらわれ
る電位を加算した値である。注意すべき重要なことは、
トランジスタ６２，７４のエミッタ領域は、トランジス
タ６０，７６のエミッタ領域より大きなサイズになって
いるため、電流密度の数分の１を導通する。たとえばト
ランジスタ６２，７４は、トランジスタ６０，７６のエ
ミッタ領域の４倍を有するように選択でき、これに対応
して４分の１の電流密度を導通する。このためトランジ
スタ６０，６２のＶｂｅが等しく、かつトランジスタ６
２，７４のＶｂｅが等しく、かつ抵抗６４，７８の両端
にあらわれる電位が等しい場合、トランジスタ６６，７
４のコレクタも等しい。
導路を介して流れる電流は、トランジスタ６６，７２，
７４にベース・ドライブを供給する。これにより、トラ
ンジスタ７４のコレクタからわずかしか電流が逸らされ
ない。これは、ベース電流がトランジスタ７６の順方向
電流利得によって効果的に分割されるためである。トラ
ンジスタ７２は、極めてわずかの電流しかそのコレクタ
・エミッタ伝導路を介して流れないので、トランジスタ
６６のベース・エミッタ接合の両端において安定したＶ
ｂｅを維持するのを助ける。抵抗５４，５８，８４は、
トランジスタ５２，５６，８２に対して同一のＶｂｅを
確立し、上記の第１，第２，第３伝導路を介して流れる
等しい電流、たとえば５０マイクロアンペアを確立する
ために整合（例えば、２Ｋオーム）されている。また抵
抗７０，８０は、抵抗６４，７８（例：７２０オーム）
と同様に整合されており（例：２８Ｋオーム）、トラン
ジスタ５２，８２のコレクタに等しい電位を与え、かつ
トランジスタ６６，７４に等しい電位を与える。すなわ
ち、トランジスタ７４のコレクタ電圧は、トランジスタ
７６のＶｂｅにトランジスタ７４のＶｂｅを加え、さら
に第３伝導路を介して流れる電流に抵抗７８の値を掛け
た値を加算した値であり、一方トランジスタ６６のコレ
クタ電圧は、トランジスタ６０のＶｂｅにトランジスタ
６２のＶｂｅを加え、さらに抵抗６４の両端にあらわれ
る電位を加算した値である。注意すべき重要なことは、
トランジスタ６２，７４のエミッタ領域は、トランジス
タ６０，７６のエミッタ領域より大きなサイズになって
いるため、電流密度の数分の１を導通する。たとえばト
ランジスタ６２，７４は、トランジスタ６０，７６のエ
ミッタ領域の４倍を有するように選択でき、これに対応
して４分の１の電流密度を導通する。このためトランジ
スタ６０，６２のＶｂｅが等しく、かつトランジスタ６
２，７４のＶｂｅが等しく、かつ抵抗６４，７８の両端
にあらわれる電位が等しい場合、トランジスタ６６，７
４のコレクタも等しい。
【００１４】トランジスタ５６，６０，６２によって形
成されるフィードバック・ループは、電源変動の影響を
受けにくい。電源導線２７に印加される電圧が降下する
場合、トランジスタ５２，５６，８２のエミッタにおけ
る電位も降下し、これによってそれらのＶｂｅが低下し
、第２および第３伝導路を流れる電流を低下させる。ト
ランジスタ６６，７４のコレクタ電圧は、抵抗７０，８
０の両端にあらわれる電位が降下するにつれて上昇する
傾向があり、これによってトランジスタ６０のＶｂｅを
上昇させ、コレクタ電流を増加させ、トランジスタ５６
のコレクタにあらわれる電圧を減圧する。これによって
、トランジスタ５２，５６，８２のＶｂｅを補償し、第
２および第３伝導路を流れる公称電流を再確立する。ま
た、電源導線２７に印加される電圧が上昇する場合には
、トランジスタ５２，５６，８２のエミッタにおける電
位は、これらのトランジスタのＶｂｅと、第２および第
３伝導路を流れる電流とを増加させる。トランジスタ６
６，７４のコレクタ電圧は、抵抗７０，８０の両端にあ
らわれる電位が上昇するにつれて降下し、トランジスタ
６０のＶｂｅを低下させる。これによって、コレクタ電
流の量を減少させ、トランジスタ５６のコレクタ電圧を
増加させ、トランジスタ５２，５６，８２のＶｂｅを補
償して、第２および第３伝導路を流れる公称電流を再確
立する。コンデンサ６８は、トランジスタ６０のベース
において高周波成分を減結合し、フィードバック・ルー
プの応答を遅くし、安定化するために設けられる。この
ためトランジスタ５２，５６，８２のベースにあらわれ
る電位は、アーリー電圧効果を排除するために、電源導
線２７の変動から実質的に独立している。またトランジ
スタ６０，７６のベース電流は等しくなっており、トラ
ンジスタ５２，８２のコレクタ電圧は電源電圧とは無関
係に等しく一定である。
成されるフィードバック・ループは、電源変動の影響を
受けにくい。電源導線２７に印加される電圧が降下する
場合、トランジスタ５２，５６，８２のエミッタにおけ
る電位も降下し、これによってそれらのＶｂｅが低下し
、第２および第３伝導路を流れる電流を低下させる。ト
ランジスタ６６，７４のコレクタ電圧は、抵抗７０，８
０の両端にあらわれる電位が降下するにつれて上昇する
傾向があり、これによってトランジスタ６０のＶｂｅを
上昇させ、コレクタ電流を増加させ、トランジスタ５６
のコレクタにあらわれる電圧を減圧する。これによって
、トランジスタ５２，５６，８２のＶｂｅを補償し、第
２および第３伝導路を流れる公称電流を再確立する。ま
た、電源導線２７に印加される電圧が上昇する場合には
、トランジスタ５２，５６，８２のエミッタにおける電
位は、これらのトランジスタのＶｂｅと、第２および第
３伝導路を流れる電流とを増加させる。トランジスタ６
６，７４のコレクタ電圧は、抵抗７０，８０の両端にあ
らわれる電位が上昇するにつれて降下し、トランジスタ
６０のＶｂｅを低下させる。これによって、コレクタ電
流の量を減少させ、トランジスタ５６のコレクタ電圧を
増加させ、トランジスタ５２，５６，８２のＶｂｅを補
償して、第２および第３伝導路を流れる公称電流を再確
立する。コンデンサ６８は、トランジスタ６０のベース
において高周波成分を減結合し、フィードバック・ルー
プの応答を遅くし、安定化するために設けられる。この
ためトランジスタ５２，５６，８２のベースにあらわれ
る電位は、アーリー電圧効果を排除するために、電源導
線２７の変動から実質的に独立している。またトランジ
スタ６０，７６のベース電流は等しくなっており、トラ
ンジスタ５２，８２のコレクタ電圧は電源電圧とは無関
係に等しく一定である。
【００１５】トランジスタ５２，５６，８２のベースに
あらわれる基準信号は、トランジスタ８２のＶｂｅと、
第３伝導路（ＩＣ ）を介して流れる電流に抵抗８４の
値を掛けた値とによって決定される。トランジスタ６６
，７４は異なる電流密度で動作するので、これらのＶｂ
ｅは異なっており、正の温度係数を有するデルタＶｂｅ
が抵抗７８の両端に生じる。このため、抵抗７８を介し
て流れる電流ＩＣ はつぎのように計算することができ
る：
あらわれる基準信号は、トランジスタ８２のＶｂｅと、
第３伝導路（ＩＣ ）を介して流れる電流に抵抗８４の
値を掛けた値とによって決定される。トランジスタ６６
，７４は異なる電流密度で動作するので、これらのＶｂ
ｅは異なっており、正の温度係数を有するデルタＶｂｅ
が抵抗７８の両端に生じる。このため、抵抗７８を介し
て流れる電流ＩＣ はつぎのように計算することができ
る：
【００１６】
【数１】
【００１７】ただしＶ６６＝トランジスタ６６のＶｂｅ
Ｖ７４＝トランジスタ７４のＶｂｅ Ｒ７８＝抵抗７８の抵抗値 ｋ＝ボルツマン定数 Ｔ＝絶対温度 ｑ＝電荷 ＩＣ６６ ＝トランジスタ６６を流れるコレクタ電流Ｉ
Ｓ６６ ＝トランジスタ６６を流れる飽和電流ＩＣ７４
＝トランジスタ７４を流れるコレクタ電流ＩＳ７４
＝トランジスタ７４を流れる飽和電流既に述べたように
、トランジスタ７４のエミッタ領域はトランジスタ６６
のエミッタ領域（１Ａ）の４倍（４Ａ）である。各項を
結合し、コレクタ電流と飽和電流の比率を除去すること
によって、数１はつぎのように整理できる：
Ｖ７４＝トランジスタ７４のＶｂｅ Ｒ７８＝抵抗７８の抵抗値 ｋ＝ボルツマン定数 Ｔ＝絶対温度 ｑ＝電荷 ＩＣ６６ ＝トランジスタ６６を流れるコレクタ電流Ｉ
Ｓ６６ ＝トランジスタ６６を流れる飽和電流ＩＣ７４
＝トランジスタ７４を流れるコレクタ電流ＩＳ７４
＝トランジスタ７４を流れる飽和電流既に述べたように
、トランジスタ７４のエミッタ領域はトランジスタ６６
のエミッタ領域（１Ａ）の４倍（４Ａ）である。各項を
結合し、コレクタ電流と飽和電流の比率を除去すること
によって、数１はつぎのように整理できる：
【００１８】
【数２】
【００１９】数２から、電流ＩＣ は抵抗７８によって
決定される。しかし、第１，第２，第３伝導路を介して
流れる電流ならびにこれに対応してトランジスタ５２，
５６，８２のベースにおいて供給される基準信号は依然
温度の関数であることに注意する。この温度依存性は、
以下に説明するように有利に利用できる。 図１に戻
ると、抵抗８８の値は抵抗５４，５８，８４と整合され
、トランジスタ８６，トランジスタ２０および抵抗２２
を介して流れる電流基準信号を与える。この信号は、第
３伝導路の電流ＩＣ に等しく、同様の温度係数を有し
、かつ電源から独立して動作する。トランジスタ２０の
ベース電流はトランジスタ２６のコレクタ・エミッタ間
伝導路を介して供給されるので、順方向電流利得によっ
てトランジスタ２０のコレクタから電流をほとんど逸ら
さない。このため、出力端子２８において供給される温
度・電源調整済み出力電圧は、トランジスタ２０のＶｂ
ｅと、抵抗２０の値（たとえば１０Ｋオーム）に電流Ｉ
Ｃを掛けた値との和、すなわち約１．１８Ｖに等しい。 抵抗３０，３２は、従来の分圧回路を形成し、出力３４
において減圧出力電圧を与える。さらに、図に示す電流
基準回路１２によって供給される電流基準信号も電源変
動から独立しているので、出力電圧は電源から独立して
いる。
決定される。しかし、第１，第２，第３伝導路を介して
流れる電流ならびにこれに対応してトランジスタ５２，
５６，８２のベースにおいて供給される基準信号は依然
温度の関数であることに注意する。この温度依存性は、
以下に説明するように有利に利用できる。 図１に戻
ると、抵抗８８の値は抵抗５４，５８，８４と整合され
、トランジスタ８６，トランジスタ２０および抵抗２２
を介して流れる電流基準信号を与える。この信号は、第
３伝導路の電流ＩＣ に等しく、同様の温度係数を有し
、かつ電源から独立して動作する。トランジスタ２０の
ベース電流はトランジスタ２６のコレクタ・エミッタ間
伝導路を介して供給されるので、順方向電流利得によっ
てトランジスタ２０のコレクタから電流をほとんど逸ら
さない。このため、出力端子２８において供給される温
度・電源調整済み出力電圧は、トランジスタ２０のＶｂ
ｅと、抵抗２０の値（たとえば１０Ｋオーム）に電流Ｉ
Ｃを掛けた値との和、すなわち約１．１８Ｖに等しい。 抵抗３０，３２は、従来の分圧回路を形成し、出力３４
において減圧出力電圧を与える。さらに、図に示す電流
基準回路１２によって供給される電流基準信号も電源変
動から独立しているので、出力電圧は電源から独立して
いる。
【００２０】温度補償特性を得るため、トランジスタ２
０のＶｂｅの負の温度係数である約−１．６８ｍＶ／°
Ｋを、抵抗２２の両端にあらわれる電位の正の温度係数
で相殺することを目的とする。抵抗２２は、抵抗７８と
同様の形状の同一のベース材料（１２５オーム／平方）
から作られており、そのため約６８８ｐｐｍ／°Ｋの温
度係数で整合されているが、この抵抗２２について第２
式からわかるように、正の温度係数がトランジスタ２０
の負の温度係数を実質的に相殺し、これによって温度か
ら独立した出力電圧を供給する。また抵抗２２の両端の
電位と、トランジスタ２０のＶｂｅとの間における温度
係数の相殺を示すと下記のようになる。出力端子２８に
おいて供給される出力電圧は次式の通りである。
０のＶｂｅの負の温度係数である約−１．６８ｍＶ／°
Ｋを、抵抗２２の両端にあらわれる電位の正の温度係数
で相殺することを目的とする。抵抗２２は、抵抗７８と
同様の形状の同一のベース材料（１２５オーム／平方）
から作られており、そのため約６８８ｐｐｍ／°Ｋの温
度係数で整合されているが、この抵抗２２について第２
式からわかるように、正の温度係数がトランジスタ２０
の負の温度係数を実質的に相殺し、これによって温度か
ら独立した出力電圧を供給する。また抵抗２２の両端の
電位と、トランジスタ２０のＶｂｅとの間における温度
係数の相殺を示すと下記のようになる。出力端子２８に
おいて供給される出力電圧は次式の通りである。
【００２１】
【数３】
【００２２】温度に対して導関数をとるとつぎのように
なる。
なる。
【００２３】
【数４】
【００２４】数２を数４に代入する。
【００２５】
【数５】
【００２６】抵抗２２，７８は同一のベース材料から作
られ、同様の形状を有しているので、次式のように表す
ことができる。
られ、同様の形状を有しているので、次式のように表す
ことができる。
【００２７】
【数６】
【００２８】さらに、トランジスタ２０のＶｂｅの温度
係数の通常の値は−１．６８ｍＶ／°Ｋである。公称温
度３００°Ｋの下で５０マイクロアンペアのＩＣ ，１
０Ｋオームの抵抗２２および７２０オームの抵抗７８を
選択すると、数５はつぎのように整理される。
係数の通常の値は−１．６８ｍＶ／°Ｋである。公称温
度３００°Ｋの下で５０マイクロアンペアのＩＣ ，１
０Ｋオームの抵抗２２および７２０オームの抵抗７８を
選択すると、数５はつぎのように整理される。
【００２９】
【数７】
【００３０】注目すべきことは、出力電圧の温度係数が
非ゼロをとることができ、抵抗７８，２２の値を調整す
ることによって正または負の勾配で簡単に制御できるこ
とである。たとえば、抵抗２２の値を増加することによ
って、出力端子２８の出力電圧は正の勾配の温度係数を
有するようになる。逆に出力電圧の温度係数は、抵抗２
２の値を減少すれば負の勾配を有することができる。
非ゼロをとることができ、抵抗７８，２２の値を調整す
ることによって正または負の勾配で簡単に制御できるこ
とである。たとえば、抵抗２２の値を増加することによ
って、出力端子２８の出力電圧は正の勾配の温度係数を
有するようになる。逆に出力電圧の温度係数は、抵抗２
２の値を減少すれば負の勾配を有することができる。
【００３１】以上説明してきたことは、電流基準信号を
使用する新規の電圧基準回路であり、この信号は第１ト
ランジスタおよび第１抵抗を介して流れ、電源から独立
して動作し、所定の温度係数を有し、第１抵抗の両端に
おいて正の温度係数を有する電位を生じさせ、この正の
温度係数が、第１トランジスタのＶｂｅの負の温度係数
を実質的に相殺して、温度および電源の変動から独立し
て動作する出力電圧を供給する。
使用する新規の電圧基準回路であり、この信号は第１ト
ランジスタおよび第１抵抗を介して流れ、電源から独立
して動作し、所定の温度係数を有し、第１抵抗の両端に
おいて正の温度係数を有する電位を生じさせ、この正の
温度係数が、第１トランジスタのＶｂｅの負の温度係数
を実質的に相殺して、温度および電源の変動から独立し
て動作する出力電圧を供給する。
【図１】本発明の好適実施例を示す概略図である。
【図２】電流基準回路の詳細を示す概略図である。
１０ 電圧基準回路
１２ 電流基準回路
２０，２６ トランジスタ
２２，３０，３２ 抵抗
２４，２７ 電源導線
２８，３４ 出力端子
４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２，５６，６
０，６２，６６，７２ ， ７４，７６，８２，８６ トランジスタ５４，
５８，６４，７０，７８，８０，８４，８８ 抵抗 ６８ コンデンサ
０，６２，６６，７２ ， ７４，７６，８２，８６ トランジスタ５４，
５８，６４，７０，７８，８０，８４，８８ 抵抗 ６８ コンデンサ
Claims (4)
- 【請求項１】 出力において電圧を供給する電圧基準
回路であって：所定の温度係数を有する電流を供給する
出力を含む第１手段（１２）；コレクタ，ベースおよび
エミッタを有する第１トランジスタ（２０）であって、
該コレクタが前記第１手段の前記出力に結合され、該ベ
ースが電圧基準回路の出力に結合され、該第１トランジ
スタがそのベース・エミッタ接合の両端において温度係
数を有するところの第１トランジスタ（２０）；前記第
１トランジスタの前記コレクタと前記ベースとの間に結
合されて、ベース・ドライブを供給する第２手段（２６
）；前記第１トランジスタの前記エミッタと第１動作電
位源との間に結合されて、所定の温度係数を有する前記
電流を導通する第１抵抗（２２）であって、前記電流が
前記第１トランジスタのベース・エミッタ接合の両端に
おける前記温度係数とは逆の温度係数を有する電位を、
前記第１抵抗の両端に発生させるところの第１抵抗（２
２）；によって構成されることを特徴とする電圧基準回
路。 - 【請求項２】 前記第２手段が、コレクタ，ベースお
よびエミッタを有する第２トランジスタ（２６）を含み
、該ベースが前記第１トランジスタの前記コレクタに結
合され、該エミッタが前記第１トランジスタの前記ベー
スに結合され、該コレクタが第２動作電位源に結合され
ていることを特徴とする請求項１記載の電圧基準回路。 - 【請求項３】 前記第１手段が：出力において基準信
号を供給する第３手段（４０〜８４）；コレクタ，ベー
スおよびエミッタを有する第３トランジスタ（８６）で
あって、該ベースが前記基準信号に応答し、該コレクタ
が前記第１トランジスタの前記コレクタに結合されてい
る第３トランジスタ（８６）；ならびに前記第３トラン
ジスタの前記エミッタと第２動作電位源との間に結合さ
れた第２抵抗（８８）；によって構成されることを特徴
とする請求項２記載の電圧基準回路。 - 【請求項４】 温度から独立して動作する出力電圧を
発生させる方法であって：所定の温度係数を有する第１
電流を供給する段階；前記第１電流を、ベース・エミッ
タ接合の両端において温度係数を有する第１トランジス
タと、第１抵抗とに流す段階；前記第１トランジスタの
ベース・エミッタ接合の両端における前記温度係数とは
逆の温度係数を有する電位を、前記第１抵抗の両端に発
生させ、出力電圧の温度誘起型変動を実質的に相殺する
段階；によって構成されることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US546636 | 1990-07-02 | ||
| US07/546,636 US5029295A (en) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | Bandgap voltage reference using a power supply independent current source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04250509A true JPH04250509A (ja) | 1992-09-07 |
Family
ID=24181322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3177711A Pending JPH04250509A (ja) | 1990-07-02 | 1991-06-24 | 電源独立型電流源を使用するバンドギャップ電圧基準回路およびその方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5029295A (ja) |
| EP (1) | EP0465094B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04250509A (ja) |
| KR (1) | KR920003655A (ja) |
| DE (1) | DE69123501T2 (ja) |
| HK (1) | HK1003802A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2637618B2 (ja) * | 1989-11-22 | 1997-08-06 | キヤノン株式会社 | 定電流回路及び該回路を含む半導体集積回路装置及び該装置を搭載した装置 |
| US5168209A (en) * | 1991-06-14 | 1992-12-01 | Texas Instruments Incorporated | AC stabilization using a low frequency zero created by a small internal capacitor, such as in a low drop-out voltage regulator |
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| BE1007853A3 (nl) * | 1993-12-03 | 1995-11-07 | Philips Electronics Nv | Bandgapreferentiestroombron met compensatie voor spreiding in saturatiestroom van bipolaire transistors. |
| DE4344447B4 (de) * | 1993-12-24 | 2009-04-02 | Atmel Germany Gmbh | Konstantstromquelle |
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| EP0264563B1 (en) * | 1986-10-06 | 1993-11-03 | Motorola, Inc. | Voltage regulator having a precision thermal current source |
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1990
- 1990-07-02 US US07/546,636 patent/US5029295A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
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