JPS58112112A - 基準電圧回路 - Google Patents

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。