JPS58112112A - 基準電圧回路 - Google Patents

基準電圧回路

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JPS58112112A
JPS58112112A JP56215270A JP21527081A JPS58112112A JP S58112112 A JPS58112112 A JP S58112112A JP 56215270 A JP56215270 A JP 56215270A JP 21527081 A JP21527081 A JP 21527081A JP S58112112 A JPS58112112 A JP S58112112A
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transistor
voltage
reference voltage
circuit
resistor
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Masashi Shoji
庄司 正志
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NEC Corp
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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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
    • G05F3/20—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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路に用いらnる定電圧源として最
適な基準電圧回路に関するものである。
従来、半導体集積回路の基準電圧回路としてはツェナー
ダイオードによる定電圧回路とバンドギャップレギュレ
ータによる定電圧回路が一般に用いられている。前者は
ツェナーダイオードの降伏電圧を利用するもので、約5
V以上の基準電圧を得る場合に広く用いらnている。し
かし、この場合、半導体集積回路の製造上のプルセスで
ツェナーダイオード降伏電圧が決定され、このため約5
V以下の低電圧の降伏電圧をもつツェナーダイオ−ドを
半導体集積回路に作り込む場合には新次に付加的な製造
工程が必要となるためコストの上昇をまねく、シかもツ
ェナー電圧はその特性上雑音鑞圧が大きい仁とやあるい
はツェナー電圧の温度係数が大きいなどの欠点がある。
又後者は電流!y度の異なるトランジスタのベース・エ
ミッタ関電圧の温度係数が異なる仁とを利用したもので
あって、その具体的回路構成の一例を第1図に示して説
明する。
#I1図において電源端子lは電流供給回路2を介して
基準電圧出力端子3へ結合さnており、基準電圧出力端
子3からは抵抗5および抵抗7のそnぞnの一端と、さ
らにトランジスタ10のコレクタへ各々接続がなされて
いる。抵抗5の他端はトランジスタ6のコレクタとベー
スとの共通接続点に接続さnていると共にトランジスタ
8のベースへ接続さnている。抵抗7の他端はトランジ
スタ8のコレクタへ接続さn、さらにトランジスタ10
のベースへも接続さnている。トランジスタ6およびl
Oの工建、夕は直接に、トランジスタ8のエミッタは抵
抗9を介して接地熾子4へそnぞrt接続さnている。
ここで電流供給回路2は例えば電流源あるいは電圧源と
抵抗とで構成さnる。
又この回路は半導体集積回路で作ら乃るため、上記各素
子は同一の接合温度で動作しておりしかも各抵抗5#7
および9の抵抗値の湘対比は正確にと9うる。
第1図に示すバンドギャップレギュレータは上記のよう
な構成となっているため、基準電圧出力端子3の電圧■
1mνは(1)式のように表わさtL、又各動作点の電
圧、電流に対して(1)式のように表わさn、又各動作
点の電圧、電流に対して(2)〜(5)式が成立してい
る。
■RIP ” ”!×R? +VBI11゜    ・
・・・・・・・・・・・(1)■1!!+1 = ■1
1111 +工、×R9””””””(”九だし。
■、□:基準電圧出力端子3の電圧、■□6:トランジ
スタ60ベース・二f、タ関電圧、■□−二トランジス
タ80ベース・工(ツタ間電圧。
vmmto : )ランジスタ10のベース・エミッタ
間電圧s  ”@@ ’ )ランジスタロの飽和電流*
”@@”トランジスタ8の飽和電流s  1sxo:)
?yシxりlOの砲和電流、11ニドランジスタロに流
れるllc流、i、:):9yジスタ8に流れる電流h
  ’3:トランジスタ10に(lllnる電fll−
* ’y  ”抵抗7の抵抗値* flL+1  ”抵
抗9の抵抗値%q:電子の電荷、K:ボルツマン定数、
T:絶対温度、ここでトランジスタ8のベース・エミッ
タ間接合m積? トランジスタ6のそnのN倍の面積で
造らnているとすnば l  gN@I           、、、、、、、
、、、、、、、個811       sg が成立する。(2)式へ(3) 、 (4)および(6
)式を代入してとなる。こf’Lt(1)式に代入して
となる。ここで、右辺第り項の温度変化は正、第2項の
VBNの温度変化は負(シリコン・トランジスタでは約
−2mV/’O)であるので第1項の温度変=2mV/
”0=−〇VB11G     、、、、、、、、、(
9>θT とな□る様に各定数を選んでや扛げ、温度変動に対して
安定な出力電圧VIIIFを得ることができる。具体的
な例としてトランジスタ6e8*10として同じ特性の
トランジスタを使用しR,=600Ω會凡!=6にΩ、
R・−600ΩおよびΔ=1と各パラV  耽1.25
V        ・・・・・・・・・(lO)!II
IIF である。
ところがこの回路では温度係数が零となるOは一定の値
の基準電圧値についてのみである。
ここで(8)を偏微分し基準電圧の温度係数θVRIc
F/δTt−求めると a VRIF/a T=(VIIP −Vileso)
 、、 + 11 Vsw/aT・・・・・・・・・(
11) となり、温度係数θち。、/θTを零とするv882と
その温度係数によ−クー義的に決まってしまう。
この結果(10)式で示す電圧値となり、こnからはず
れた■RICr  t−得ようとすると(11’)式で
示す温度係数を有することとなる。
仮にV工、=1.5Vに設定したとするとT−3000
に付近のVR,!iFの温度係数は0.83mV/”O
tもってし1う。
以上説明したように従来のバンドギャップレギエレータ
によnば約1.25 Vで温度に対して安定な基準電圧
が得られるが、基準電圧vR1Fを変えるとffi度係
数をもってしまうため温度依存性のない安定な基準電圧
が広範囲に櫓られず、この事が設計上大きな制約となる
欠点があった。
本発明の目的は上述したような欠点1に’&<して導体
集積回路に適した基準電圧回路を提供することにある。
本発明の他の目的は出力電圧とその温度係数とを任意に
設定できる基準電圧回路1m供することにある。
本発明によれば電源端子と、その電源端子に電流#を介
して結合さnた出力端子と、その出力端子に第1の抵抗
と定電圧素子との直列回路ならびに第2の抵抗と第1の
トランジスタと第3の抵抗との直列回路を通して接続さ
nた接地端子と、その第2の抵抗と第1のトランジスタ
との接続点と接地端子に接続さ扛た第4の抵抗と、II
2のトランジスタのコレクタにベースが接続さn、コレ
クタ・エン、夕電流通路が上記[流源と接地端子との間
に挿入さnた第3のトランジスタとを有することを特徴
とする基準電圧回路を得る。
以下本発明の実施例につき図面を参照して詳細に説明す
る。
第2図は本発明の一実施例を示す基準電圧回路の回路図
である。
11G2図において、第1図の従来例と同一のものは同
一符号を用いており異なる点はトランジスタ8のコレク
タと抵抗7の共通接続点を抵抗11を介して接地熾子に
接続した点のみで他はまったく同じである。
そして、この回路を半導体集積回路で作った場合、@1
図の従来例と同様各素子は同一接合温度で動作しており
又各トランジスタ6#8及び10の飽和電流の比はそn
らの構造上の面積に比例している。さらに又各抵抗5=
7會9および11の抵抗値の相対比も正確にとられてい
る。
かかる基準電圧回路は上記のような構成となっているた
め、基準電圧出力端子3の電圧VRmF ”た式が成立
つ外、(2)、・・・I())式が成立するので。
(12)式のようになる。
V□1゜ ただし%R11は抵抗llの抵抗値で他は$1図の場合
と同様である。ここで右辺第1項の正の温温度係数 対値が等しくなるように各定数を選んでやnば、温度変
動に対して安定した出力電圧が得らnる。
上記(12)式と従来例の(8)式の大きな違いは。
第2項の■□に1よジ大きな係数がつくことでめ9、こ
の値は抵抗比Ry /R,、により可変であるから、任
意の負の温度係数が得らnることになる。
よってR,/R1,を調整する事により従来例の温度係
数が零とまるVR1F以上の任意の出力電圧において零
温度係数が得らnる。
第3図は1本発明の他の実施例を示す回路接続図で、ト
ランジスタ6および8に流nる電流比1゜/Is  を
温度変化に対して変動しない安舅なものとすることによ
り出力電圧■IIF の温度係数を広範囲の温度変動に
対しても一定な所定の+1を選ぶことを容易にした基準
電圧回路を提供するものである。
第2図の実施例において電流比L!71.を求めで表わ
さnこnは温度変動を有することがわかる。
定の直に設定しても、広い温度間1では該所定の値から
変動してしまうことを意味する。従って第2図の実施例
の出力電圧は前記任意の温度付近ではその@度係数を零
となし得るが、前記任意の湿層から隔たった温度では温
度係数をもってしまうわけ′″あ6・     、、 
、、j、l、j。
さて、第3図において;第2図に示す実施例と異なる点
はトランジスタ60ベース・コレクタ接続点が抵抗12
を介して接地端子4に接続されていることである。上記
構成の基準電圧回路の出方電圧VRIFは第2図の実施
例と同様前記(12)式で表わさnる。
ここでトランジスタ6および8に流nる電流は各々 び12の抵抗値を となる様選べばll/I、の温度係数室零にすることが
出来る。但し、VB1$−VII□。となるようにエミ
ッタ′峨流密度を設定するものとする。
(16)式を満足する時の出力電圧VBIPは・VBi
ml。・・・・・・(17) となり右辺第1項の正のfif係数は りこrLFi抵抗比および面積比だけで決まり温度のパ
ラメータを含まないため広範囲の温度変動でも一定とな
9第2項の負の温度係数(温度に対し一定)との絶対値
が等しくなる様各定数を容易に選定できる。なお温度係
数は次式(18)となる。
又本実施例においても第2図の実施例と同様温度変動に
対して安定な任意の出力電圧が得らnることは言うまで
もない。
84図は第3図の実施例を用いて実現した出方電圧1.
5Vの定電圧発生回路を示す回路接続図である。
w、4図において、第3図の基準電圧回路に相当する部
分は同一符号を用いており、異なる点について説明する
。第4図において抵抗13.)?ンジスタ14.ダイオ
ード15*16は電源投入時のスタート回路を構成して
おり、出力端子の出力電圧■m1eyが1.5 Vにな
nばトランジスタ14はオフになり定電圧発生回路とし
ての動作には寄与しなくなる。トランジスタ18*19
I22−抵抗17*20s21は第3図の2に相当する
定電流源を構成しており、トランジスタ19は出力端子
からバイアスさnている。トランジスタ23はレギュレ
ーションを曳好にする為に負帰還をかけらnた電流増幅
用トランジスタとして作用する。コンデンサ24は発振
防止用のコンデンサである。
今、この定電圧発生回路の出力電圧が所定の設定値より
高くなると、この電圧は抵抗7を通してトランジスタl
Oのベース電位をよりもち上げる為そのコレクタ電流は
増大する。こnにより、トランジスタ23のベース電流
が減少して出力端子3の電圧線低下し、所定の値で定常
状態となる。
ここで各抵抗の抵抗値t−Hの記号の添字に対応して、 R,=6000−By=1.2にΩ−R,=1000−
’o = 6 k <1 +  )Ll、 =t、 3
 kΩ、 R,、z 59 kΩ。
kL1? = k21= 2000”go=6000と
し、又N;5と選定すればトランジスタ100ベース・
エミ、り関電圧■11110の代表的な値はT−300
’にで0.65Vであるので(17)式よりVR肝81
・5V となる、即ち基準電圧出力端子3には温度係数が零で出
力電圧1.5Vの基準電圧が得らnる。向上記定数に限
らず前述の(16)I(17)、(1B)式を満足する
ように選定すnばよい。
以上説明したように本発明によnば半導体集積回路化に
適した回路構成の基準電圧回路が得られ基準電圧とその
温度係数を独立に設定できる利点があるため設計上の自
由度を大きくとれる。又。
ツェナーグイオードを用いないので低雑音の基準電圧が
得らnる利点がある。
同1本発明は上記実施−に限定されることなく例えば電
源端子lおよび接地端子4にある所定のバイアス電位を
もってもよく、適宜所定位置に回路の壷金をとるために
抵抗を挿入してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のバンドギヤ、プレギュレータの1例を示
す回路接続図、第2図は本発明の一実施例を示す基準電
圧回路の回路接続図、第3図は本発明の他の実施例を示
す基準電圧回路の回路接続図、第4図は本発明の基準電
圧回路の具体的な実施例である定電圧発生回路の回路接
、続図を示す。 l・・・・・・電源端子、3・・・・・・出力熾子、4
・・・・・・接地端子、2・・・・・・定電流源、5t
7嘗9*11−12+13 * 17 + 20 e 
21”””抵抗%6.8t10114+18*19t2
2+23・・・・・・トランジスタ、15*16・・・
・・・ダイオード、24・・・・・・コンデンサ。 第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)allの電圧端子と、該第1の電圧端子に電流供
    給手段を介して結合さnた出力端子と、該出力端子に第
    1の抵抗とダイオード接続さnた第1のトランジスタと
    の直列回路を介して接続さnた第2の電圧端子・と、直
    列接続さ−n%一端が出力端子に他端が前記第2の′電
    圧端子にそnぞ扛fij!続さ扛た第2#第3の抵抗と
    、第2−第3の抵抗の接続点にコレクタが接続さn前記
    第1のトランジスタのベースにペースが接続さnた第2
    のトランジスタと、該第2のトランジスタのエミッタと
    前記fit!2の電圧端子間に接続さnた第4の抵抗と
    、前記第2伊第3の抵抗の接続記第2の′電圧端子との
    間に挿入さnた第3のトランジスタとを含むことを特徴
    とする基準電圧回路。
  2. (2)  前記第1の抵抗と前記第1のトランジスタと
    の接続点を第5の抵抗を介して前記第2の電圧端子に接
    続し九特許請求の範囲第1項記載の基準電圧回路。
JP56215270A 1981-12-25 1981-12-25 基準電圧回路 Granted JPS58112112A (ja)

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