JPH0716210U - 基準電圧源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度係数が小さく、安定した基準電圧を供給
するために動作電流の設計が容易な基準電圧源回路を提
供することを目的とする。 【構成】 基準電圧源からの出力を、エミッタ面積比が
１：Ｎの２つのトランジスタからなる第１の差動増幅器
に接続し、Ｎ倍されたトランジスタの出力を第２の差動
増幅器に接続し、この出力をエミッタ面積比がＭ：１の
ペアトランジスタに接続し、Ｍ倍されたトランジスタか
ら出力トランジスタと抵抗を介して、第１の差動増幅器
に帰還をかけ、ペアトランジスタにて設定される電流
を、基準電圧源と第１の差動増幅器に転移するカレント
ミラー回路を接続した構成とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体集積回路において、１Ｖ以下の低電圧でも動作可能な基準電 圧源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図３に従来の低電圧動作可能な基準電圧源回路を示す。この回路は、エミッタ 面積比を１：Ｎ（Ｎ＞１）としたトランジスタＱ２２とトランジスタＱ２１のベ ースをそれぞれ互いに接続し、トランジスタＱ２１のエミッタを抵抗Ｒ２３を介 して接地し、トランジスタＱ２１のベースとエミッタの間に抵抗Ｒ２１、Ｒ２２ を接続した基準電圧源１０と、このトランジスタＱ２１、Ｑ２２のコレクタにト ランジスタＱ２３、Ｑ２４からなるカレントミラー回路１１を接続したものであ る。

【０００３】 そして、トランジスタＱ２３、Ｑ２１のコレクタに制御用のトランジスタＱ２ ６、Ｑ２５を接続し、トランジスタＱ２８、Ｑ２７および抵抗Ｒ２４からなるス タートアップ回路１２が接続されている。また、６は基準電圧Ｖr を出力する出 力端子、８は電源、９は接地である。

【０００４】 このような回路では、トランジスタＱ２１のベース・エミッタ間の電圧をＶBE 21とし、トランジスタＱ２２のベース・エミッタ間の電圧をＶBE22として、抵抗 Ｒ２３の両端に発生する電圧ＶXを求めると、 ＶX＝ＶBE22−ＶBE21 ＝ＶT・ｌn（ＩC／ＩS）−ＶT・ｌn（ＩC／ＩS・Ｎ） ＝ＶT・ｌn Ｎ …（１） が得られる。 ＶTはサーマル電圧、ＩS は逆方向飽和電流、ｌn は自然対数であ る。

【０００５】 基準電圧Ｖrを電圧ＶXを用いて表わせば、 Ｖr＝ＶX＋（ＶBE22−ＶX）［Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］ ＝ＶX・［Ｒ２１／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］ ＋ＶBE22［Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］ …（２） となり、式（１）、（２）より、 Ｖr＝［Ｒ２１／（Ｒ２１−Ｒ２２）］・ＶT・ｌn Ｎ ＋ＶBE22［Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］ …（３） で表わされる。

【０００６】 これを温度Ｔで微分すると、 ｄ Ｖr／ｄＴ＝［Ｒ２１／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］・ｋ／ｑ・ｌn Ｎ ＋［Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］・ｄ ＶBE22 ／ｄＴ …（４） となる。ｋはボルツマン定数、ｑは電子の電荷である。この式（４）の第２項の ｄ ＶBE22 ／ｄＴは約−２ｍＶ／℃であり、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の比を適切に選 ぶことにより、温度の依存度が低い基準電圧が得られる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上記に述べたような、トランジスタＱ２１のベース・エミッタ間に抵 抗Ｒ２１、Ｒ２２を挿入し、その接続点より基準電圧を取り出す構成では、設計 が合せ込みになり、温度係数が通常のバンドギャップより大きく、出力インピー ダンスも高くなり、任意の電圧を得るため出力に新たな増幅回路が必要になるな どの問題があった。以下、これらについて詳しく述べる。

【０００８】 式（２）の第２項におけるベース・エミッタ間の電圧ＶBE22は、 ＶBE22＝ＶT・ｌn（ＩC／ＩS） …（５） であるが、このコレクタ電流ＩC は抵抗Ｒ２１、Ｒ２２に流れる電流をＩ3 とす ると、 ＩC ＝ＶX ／Ｒ3 −Ｉ3 ＝ＶT ／Ｒ3 ・ｌn Ｎ−Ｉ3 …（６） Ｉ3 ＝ＶBE21 ／（Ｒ２１＋Ｒ２２） ［ＶT ／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］・ｌn（ＩC ／ＩS・Ｎ） …（７）

【０００９】 式（６）、（７）より、 ＩC ＝（ＶT ／Ｒ3 ）・ｌn Ｎ −［ＶT ／（Ｒ２１＋Ｒ２２）］・ｌn（ＩC ／ＩS・Ｎ） …（８） となる。この式（８）より、コレクタ電流ＩC を希望する電流値にするには、コ ンピュータシミュレーション等による合せ込みが必要であり、設計に多大な時間 を要していた。

【００１０】 また、通常のバンドギャップリファレンスでは、動作電流は（ＶT ／Ｒ）・ｌ ｎＮで表わされ、温度特性はサーマル電圧ＶT が約３５００ｐｐｍ／℃であり、 抵抗が拡散抵抗の場合は約２０００ｐｐｍ／℃で、ともに正の温度計数であり、 その差が動作電流の温度係数となる。ベース・エミッタ間の電圧の温度係数は、 動作電流の増加とともに小さくなるため、動作電流の変動により実際は零になら ない。

【００１１】 図３における回路では、温度上昇とともに、トランジスタＱ２１のベース・エ ミッタ間電圧ＶBE21の電位は下がり、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の抵抗値は上がるので 、電流Ｉ3 は減少する。

【００１２】 このため、動作電流は通常のバンドギャップのサーマル電圧ＶT と、抵抗Ｒ２ ３の差に加えて変動分の電流ｉが加えられるため、温度係数は大きくなる。

【００１３】 本考案は、上記のような問題点を解決し、温度係数が小さく、安定した基準電 圧を供給するための動作電流の設計が容易な基準電圧源回路を提供することを目 的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

上記問題を解決するため、本考案は第１のトランジスタのベースと接地間に、 第１の抵抗と第２の抵抗を直列に接続した基準電圧源と、該第１、第２の抵抗の 接続点に第２のトランジスタのベースを接続し、コレクタを第３の抵抗を介して 接地し、エミッタ面積比を１：Ｎ（Ｎ＞１）とした第２のトランジスタと第３の トランジスタを差動接続した第１の差動増幅器と、該第２のトランジスタのコレ クタを非反転入力に接続した第２の差動増幅器と、該第２の差動増幅器の出力を 第４のトランジスタのベースに接続し、エミッタを第５の抵抗を介して接地する とともに、第２の差動増幅器の反転入力に接続し、それぞれのベースを互いに接 続し、エミッタ面積比をＭ：１（Ｍ＞１）とした第４、第５のペアトランジスタ と、該第４のトランジスタのコレクタを第６のトランジスタと第６の抵抗を介し て、第１の差動増幅器の第３のトランジスタのベースに帰還をかけ、該第４、第 ５のペアトランジスタにて設定される電流を、基準電圧源と第１の差動増幅器に 転移するカレントミラー回路を接続した構成としたものである。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の実施例について説明する。図１は本考案の一実施例の回路図を 示す。図において、１は第１のトランジスタＱ８のベースと接地９間に第１の抵 抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２を直列に接続した基準電圧源であり、トランジスタＱ７ 、Ｑ９は抵抗Ｒ１、Ｒ２に電流を供給している。２は第２のトランジスタＱ１１ と第３のトランジスタＱ１２及び第３の抵抗Ｒ３からなる第１の差動増幅器であ り、トランジスタＱ１１、Ｑ１２はエミッタ面積比を１：Ｎ（Ｎ＞１）に設定し ており、トランジスタＱ１１のコレクタは抵抗Ｒ３を介して接地９に接続してい る。

【００１６】 ３は第２の差動増幅器であり、トランジスタＱ１１のコレクタを非反転入力に 接続している。４は第４のトランジスタＱ１６と第５のトランジスタＱ１７から なるペアトランジスタであり、エミッタ面積比をＭ：１（Ｍ＞１）に設定し、ベ ースをともに第２の差動増幅器３の出力に接続し、トランジスタＱ１６のエミッ タを第５の抵抗Ｒ５を介して接地９に接続するとともに、第２の差動増幅器３の 反転入力に接続している。また、トランジスタＱ１６のコレクタは第６の出力用 のトランジスタＱ１３と第６の抵抗Ｒ６を介して、第１の差動増幅器２のトラン ジスタＱ１２のベースに帰還をかけている。

【００１７】 ５は、トランジスタＱ１４、Ｑ１５、Ｑ１０、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ４からなるカレ ントミラー回路であり、上記ペアトランジスタ４で設定される電流をトランジス タＱ１０、Ｑ６、Ｑ５、Ｑ４に転移している。７はトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ ３、抵抗Ｒ７、Ｒ８からなるスタートアップ回路であり、６は出力端子、８は電 源、９は接地である。

【００１８】 この実施例の回路において、トランジスタＱ８のベース・エミッタ間の電圧を ＶBE 8、トランジスタＱ１１のベース・エミッタ間の電圧をＶBE11、トランジス タＱ１２のベース・エミッタ間の電圧をＶBE12、トランジスタＱ１６のベース・ エミッタ間の電圧をＶBE16、トランジスタＱ１７のベース・エミッタ間の電圧を ＶBE17とし、抵抗Ｒ３に流れる電流をＩ1、抵抗Ｒ５を流れる電流をＩ2と定め、 トランジスタＱ１２のベース電圧をＶｒとすると基準電圧Ｖｒは、 Ｖｒ＝ＶBE 8・［Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）］＋ＶBE11−ＶBE12 …（９） となる。

【００１９】 このとき、トランジスタＱ１６、Ｑ１７はエミッタ面積比をＭ：１（Ｍ＞１） に設定してあるので、電流Ｉ2 は、 Ｉ2 ＝（ＶBE17 −ＶBE16）／Ｒ５ ＝［ＶT・ｌn（Ｉ2 ／ＩS）−ＶT・ｌn（Ｉ2 ／ＩS・Ｍ）］／Ｒ５ ＝（ＶT／Ｒ５）・ｌn Ｍ …（１０） となる。

【００２０】 また、カレントミラー回路５のトランジスタＱ１０のエミッタ面積を、トラン ジスタＱ１４、Ｑ１５のＬ倍に設定すると、トランジスタＱ１２のコレクタ電流 ＩC 12は、 ＩC 12＝Ｉ2 ・Ｌ−Ｉ1 …（１１） Ｉ1 ＝Ｉ2 ・（Ｒ５／Ｒ３） …（１
２）

【００２１】 式（１１）、（１２）より、 ＩC 12＝Ｉ2 ・Ｌ−Ｉ2 ・（Ｒ５／Ｒ３） ＝Ｉ2［Ｌ−（Ｒ５／Ｒ３）］ …（１３）

【００２２】 式（９）に、式（１０）、（１１）、（１２）を代入すると、 Ｖr ＝ＶBE8・［Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）］ ＋ＶT ・ｌn ［Ｉ2・（Ｒ５／Ｒ３）／ＩS ］ −ＶT・ｌn ｛Ｉ2 ［Ｌ−（Ｒ５／Ｒ３）］／ＩS ・Ｎ｝ …（１４） ＝ＶBE8 ・［Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）］＋ＶT・ｌn｛ （Ｒ５／Ｒ３）・Ｎ／［Ｌ−（Ｒ５／Ｒ３）］｝ …（１５）

【００２３】 式（１５）を温度Ｔで微分すると、 ｄＶr ／ｄＴ＝ｄＶBE8 ／ｄＴ・［Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）］ ＋（ｋ／ｑ）・ｌn｛（Ｒ５／Ｒ３）・Ｎ ／［Ｌ−（Ｒ５／Ｒ３）］｝ …（１６） で示される。ここで、ｄＶBE8 ／ｄＴは約−２ｍＶ／℃であり、抵抗Ｒ１、Ｒ２ 、Ｒ３、Ｒ５及びトランジスタＱ１１、Ｑ１２、Ｑ１４、Ｑ１０のエミッタ面積 比Ｎ、Ｌを適切に設定することによって温度係数を下げることができる。

【００２４】 図２は本考案の他の実施例を示すものであり、図において図１と同一符号は同 一または相当するものを表わす。この回路は第１の作動増幅器の出力をトランジ スタＱ１２から取り出したものである。これは、図１で出力電圧を高くした場合 、トランジスタＱ１３のベース・エミッタ間で動作電圧が制限されるため、図２ においてこれを防ぐためにトランジスタＱ１３をＰＮＰタイプとしている。また 、基準電圧源を簡素化することによりトランジスタの数を少なくした構成となっ ている。

【００２５】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案における基準電圧源回路では、動作電流は式（１ ０）によって決まるため設計が容易であり、その温度依存性もサーマル電圧と抵 抗Ｒ５によって決まるため、従来より小さな温度係数が得られる。また出力電圧 は抵抗Ｒ６とＲ４の比で容易に設定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の回路図である。

【図２】本考案の他の実施例の回路図である。

【図３】従来の基準電圧源回路の回路図である。

【符合の説明】

１ 基準電圧源 ２ 第１の差動増幅器 ３ 第２の差動増幅器 ４ ペアトランジスタ ５ カレントミラー回路 ６ 出力端子 ７ スタートアップ回路 ８ 電源 ９ 接地

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のトランジスタのベースと接地間
   に、第１の抵抗と第２の抵抗を直列に接続した基準電圧
   源と、該第１、第２の抵抗の接続点に第２のトランジス
   タのベースを接続し、コレクタを第３の抵抗を介して接
   地し、エミッタ面積比を１：Ｎ（Ｎ＞１）とした第２の
   トランジスタと第３のトランジスタを差動接続した第１
   の差動増幅器と、該第２のトランジスタのコレクタを非
   反転入力に接続した第２の差動増幅器と、該第２の差動
   増幅器の出力を第４のトランジスタのベースに接続し、
   エミッタを第５の抵抗を介して接地するとともに、第２
   の差動増幅器の反転入力に接続し、それぞれのベースを
   互いに接続し、エミッタ面積比をＭ：１（Ｍ＞１）とし
   た第４、第５のペアトランジスタと、該第４のトランジ
   スタのコレクタを第６のトランジスタと第６の抵抗を介
   して、第１の差動増幅器の第３のトランジスタのベース
   に帰還をかけ、該第４、第５のペアトランジスタにて設
   定される電流を基準電圧源と第１の差動増幅器に転移す
   るカレントミラー回路を接続したことを特徴とする基準
   電圧源回路。