JPS6040207B2 - 温度補償された直流増幅器 - Google Patents

温度補償された直流増幅器

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JPS6040207B2
JPS6040207B2 JP50076996A JP7699675A JPS6040207B2 JP S6040207 B2 JPS6040207 B2 JP S6040207B2 JP 50076996 A JP50076996 A JP 50076996A JP 7699675 A JP7699675 A JP 7699675A JP S6040207 B2 JPS6040207 B2 JP S6040207B2
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temperature
current
amplifier
transistor
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貞雄 村松
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/302Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度補償された電流増幅器に関する。
まず、温度補償の対象である電流増幅器の動作を第1図
を参照して説明する。A,は演算増幅器である。理想化
された演算増幅器は、入力インピーダンス無限大、出力
インピーダンス零、電流増幅率無限大として取り扱うこ
とが可能である。VR1,VR2は利得調整用の可変抵
抗器であって、定電圧源+Vと接地点間に直列に接続さ
れている。可変抵抗器VR,の引出し端子電圧V,およ
びVR2の引出し端子電圧V2が後述するダイオードD
,およびD2を介して流入する電流によって殆んと変化
しないように各可変抵抗器には十分大きな電流が供給さ
れている。増幅器A,の非反転入端子とVR,の引出し
端子間にはダイオードD,が接続されており、負入力端
子とVR2の引出し端子間にはダイオードD2が接続さ
れている。信号電弱り,は非反転入力端子に印加され、
増幅された出力電流12は反転入力端子に帰還されるよ
うになっている。このような構成の回路において、増幅
器A,の両入力端子の入力電圧が等しいことから次の関
係が成立する。V。
,十V,=V。2十V2 ……{
1)ただしVo,:電流1,によるダィオ−ドD,の電
圧降下Vo2:電流12によるダイオードD2の電圧降
下また各ダイオードが同一の特性を有していれば次の関
係が成立する。
VO.=k守・n号 ……【21V戊=k
字・n者 ……{3}夕ただしk:ボルツマ
ン定数T:絶対温度 q:電子の電荷 11:入力電流 12:増幅された帰還電流 Z1s:飽
和電流m■(3}式よりls,V。
,,V。2を消去すると、害=eXp誌(V「V2)
.・・.・・t41‘4}式は12は1,ののex
p・q(V,一V2)/kT倍でZあることを示してい
る。
このような増幅器ではV,とV2を適当に設定すること
により任意の増幅率が得られることおよび回路構成によ
り入力電流を対数的に圧縮した電圧を取りだすことがで
きることなどから光電流測定などの分野で広く用いられ
ている。特にカメラの技術分野ではV1,V2にフィル
ム感度とか絞り値、シャツタスピードなどの任意の2つ
を割りあてることにより光電流に従って他の一つの要素
を決定する回路に応用されている。しかし{4}式から
わかるように電流増幅率はV,一V2が一定に定められ
ると絶対温度の変化に従って変化する。そのため絶対温
度の上昇に対応してV,一V2を増加させないと増幅率
が変動することになる。第8図にダイオードの順方向電
圧の温度特性を示してある。第2図および第3図は前述
したような形式の電流増幅回路にサーミス夕による温度
補償を施した具体的応用例である。
第2図に前記直流増幅回路で光電薪可,を増幅し増幅さ
れた直流電流に比例する電圧Voをとり出す回路に応用
した例を示してある。
電圧V,およびV2を与える回路は、定電圧源CVSと
、抵抗およびサーミスタTh、可変抵抗VR,,VR2
から構成されている。
このような補償回路の構成ではV,およびV2の電位は
絶対温度の上昇に従って上昇する。この上昇の割合が絶
対温度の上昇に正確に比例していれば電流増幅率の温度
の係数を有しないことになるがサーミスタによる補償の
場合は、第7図曲線aに示すように若干のうねりが残さ
れることになる。すなわちこのような補償では広い範囲
内の温度変化に対して完全な補償を行なうことは不可能
である。第3図は第1図に示した直流増幅器を電気シャ
ツタ回路に応用した場合の回路を示してある。
温度補償回路は第2図に示した構成と同じである。太陽
電池PCの光電流1,は演算増幅器A3で増幅される。
A3にはコンデンサCを含む回路が設けられており、シ
ャツタ開放に同期してSW,を開くとコソデンサCは増
幅された電流12で充電される。その結果A3の出力端
の電圧が次第に増大しコンパレータA4の基準電圧に達
するとIJレーRしに流れていた電流がオフになりシャ
ツ夕が閉鎖される。以上述べたような応用例では広範囲
の光電流を正確に増幅する必要がありかつ相当な温度変
化の範囲内で温度補償がなされることが望ましい。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
であって、その目的は、絶対温度に比例して変化するバ
イヤス電圧を供給することにより完全な温度補償がされ
た電流増幅回路を提供することにある。前記目的を達成
するために、本発明による温度補償された直流増幅器は
、出力から反転入力端子に帰還回路が形成されている演
算増幅器の一方の入力端子に接続された第1のPN接合
構造に順方向に信号電流を与え、他方の入力端子または
出力端子に接続された第2のPN接合構造の順方向に前
記信号電流に比例する電流を得るために前記第1および
第2のPN接合構造の他端にバイアス電圧を与えるよう
に構成した電流増幅器であって、前記バイアス電圧を発
生するバイアス電圧発生回路のトランジスタのベース電
圧を基準電位点に対して一定に固定し、前記トランジス
タのェミッタタに抵抗抗を挿入し、前記抵抗の端子間電
圧(V。
)を(V。
)ニ(V歌一V BEO)ただし、 V軸:絶対零度での前記トランジスタの半導体の0
エネルギーバンドギャップに相当する電圧V BEO
:基準温度Toにおける前記トランジスタのベースェミ
ッタ間電圧V。
:任意温度T(=To+△T)における前記抵抗の端子
間電圧に設定することにより、前記端子間に絶対温度に
比例する電圧を発生させ、絶対温度に比例する電圧の全
部または一部を前記第1および第2のPN接合構造の他
端にバイアス電圧として接続し、バイアス電圧に応じて
前記信号電圧の増幅度を決定するように構成されている
このような構成によれば完全な温度補償がなされ、本発
明の目的は完全に達成される。
以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
第4図に本発明による温度補正された直流増幅器の実施
例を示してある。この電流増幅回路の温度特性補正はト
ランジスタのベース・ェミッタ間の温度特性を利用して
絶対温度に比例して電圧を取り出すようにしたものであ
る。この補正回路の原理を第5図Aの回路を例にして詳
しく説明する。抵抗R3の両端にかかる電圧VrはR3
・V8/(R3十R4)で与えられ温度に無関係に一定
である。トランジスタQ3のベース・ェミッタ間電圧V
BEとェミッタ電流IE(=lcただしQ3のhfe>
>1)は次式で表わされる。
IC=QTnexp〔昔(VBE−V軸)〕 .・・.
・棚またある基準温度におけるコレクタ電流lcoとべ
−ス・ヱミッ夕闇電圧VBBoは次式で表わされる。
IC。
=QT8eXp〔左(V側−V妙.・・.・棚{5},
【6}式においてlc:温度T。
Kにおけるコレクタ電流lco:基準温度T8Kにおけ
るコレク夕電流Q:構造で決まる定数T:絶対温度(〇
K) T。
:基準絶対温度(OK)q:電子電荷 k:ボルッマン定数 VBE:温度TKにおけるベースェミッタ間電圧V8。
。:基準温度ToKにおけるべ−スェミッタ間電圧n:
作り方で決まる定数 V&:絶対零度でのSiのエネルギーバンドギャップに
相当する電圧‘5},‘6}式によりVBEを求めると
、VBE=V&(・−声)十V脚(声)十芋ln(害)
十竿ln(農) …・・・‘7)上式において最後の
2項は他に比較して小であるからこれを無視すると、V
BE=V敷(・−声)W側(声)‐‐‐‐‐‐(71′
0 第5図Aにおいて抵抗R8における電圧降下はトラ
ンジスタQのVBEとR518の和に等しいから、次式
が成立する。
Vr=VBG+IER5 ………{
8ーこの式を絶対温度について偏微分すると、Vr夕は
先に述べたようにR3とR4の分割比で決定される温度
に無関係な電圧であるから、許−葦低・舞。
・・.・・‐{9}式【7}′について同様に偏微分
すると、芸=−等+* ….・側 側式と働式から R5.鼻千。
(vg。−v肌) .・・1.・血(11)式からェミ
ッタ電流IEの絶対温度に対する変化の割合は一定であ
ることがわかる。ヱミッタに挿入された抵抗R5の基準
温度Toより△Tだけ高い温度Tにおける両端子間の電
圧をVo(T)とすると、Vo(T)は次の式で与えら
れる。
ただし次の式でVoはVo(L)と同義に用いている。
V。(T)=V。十R5(61E/6T)△T.・・…
(99)第11式を用いて変形すると V。
(T)V。
十(△T/T)(V軟一V BEO).・・‐‐‐(1
00) 前記Vo(T)が絶対温度に比例した電圧であるために
はVo(T)とVoとの間に以下の関係が成立する必要
がある。
V。
(T)/V。=T/T。
=(T。十△T)/T。......(101)前記(
100)式と(111)式からVOニV歌一V BE0
・・.・・・・.・(112)を成立させ
れば絶対温度に比例する電圧が得られる。
これはェミッタに挿入した抵抗R5の両端電圧をVg,
一V BEOにすることに他ならない。
このときトランジスタQのェミッ夕電流IEは絶対温度
に比例することになる。(11)式を参照してさらに説
明する。
(11)式において基準温度を30ぴKとし、Vgo=
1.2V,v BEO=0.6Vとする。
JR5 (61E/6T)=(1.2
一0.6)・(1/300) =2nV/。
Kすなわち温度10の変化に対して抵抗R5の端子間電
圧は2hV変化することになる。
そこで、ヱミッ夕に0.6Vの電圧が発生するようにベ
ースに1.2V電圧をE肋ロしておけば、ェミッ外こ挿
入した抵抗から前述のように絶対温度に比例した電圧を
得ることができる。
トランジスタQ3の電流増幅率hfe>〉1であればI
E=lcとして良いから電圧V(第5図A)の絶対温度
に対する変化率△V/△Tは次式で与えられる。
ただしR?は可変抵抗器VR,とVR2の抵抗値の和の
抵抗値を示す。
一−.−.(V歌一VBEO),.….(1詩=R7△
△羊亀TI。
2) (12)式の右辺は温度に無関係な定数であるからV‘
ま絶対温度に比例して変化して いることがわかる。
またV,.V2はVの一部であるから、V2一V,は絶
対温度に比例して変化する。したがって最初に示した(
4}式のexpq/kT(V,一V2)は温度に無関係
な一定値となって電流増幅率は一定に保たれる。V,ま
たはV2の温度に対する変化は直線となる。この状態(
直線a)を第7図にサーミスタ補正の場合の曲線bと比
較して示してある。温度補償回路は第5図Bに示すよう
にNPNトランジスタQ4を用いても同様に構成するこ
とが可能である。第6図は本発明による直流増幅器の第
2の実施例を示す回路図である。
ダイオードD,の代りにトランジスタQ7のベースエミ
ツタ間ダイオードをダイオードD2の代りにトランジス
タQのベースヱミッタ間ダイオードを使用している。こ
のような構成によれば可変抵抗VR,,VR2に大きな
電流を供給しなくても良いという長所が得られる。以上
の説明から本発明による電流増幅回路では、完全な温度
補正がなされていることがわかる。この温度補正は電流
増幅回路の利得(V,一V2の値を調節することにより
任意に設定できる)を変化させても常に正確に行なわれ
る。したがって本発明による直流増幅回路は第2図、第
3図を参照して説明した応用例に適用すれば正確な明る
さの測定あるいはそれを応用した制御を行なうことがで
きる。以上詳しく説明した実施例につきさらに種々の変
形を施すことができるものである。
例えば帰還回路も第3図に示したよ,うにコンデンサC
を用いて構成することも可能である。その場合において
も完全な温度補償ができる。要するに本発明の範囲は特
許請求の範囲記載のすべてにおよぶものとする。
【図面の簡単な説明】
第1図は温度補償の対象である増幅器を示す回路図、第
2図および第3図は前述した増幅器の応用例を示す回路
図、第4図は本発明による温度補償された電流増幅器の
実施例を示す回路図、第5図Aは第4図に示した回路の
補償回路を説明するための回路図、第5図Bは温度補償
回路の他の構成例を示す回路図、第6図は本発明による
温度補償された電流増幅器の第2の実施例を示す回路図
、第7図は温度補償特性を示すグラフ、第8図は一般的
なダイオードの温度特性を示すグラフである。 タ A,,ん,A3・・・・・・演算増幅器、A4・…
・・コンパレータ、D,,D2”““ダイオード、、R
,,R2,R3,R8・・・・・・抵抗器、RL・・・
…リレー、Th・・・・・・サーミスタ、C……コンデ
ンサ、Q,,Q2,Q3,Q4,Q,Q7,Q8・・・
・・・トランジスタ、CVS・・・・・・定電圧電0源
。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 出力から反転入力端子に帰還回路が形成されている
    演算増幅器の一方の入力端子に接続された第1のPN接
    合構造に順方向に信号電流を与え、他方の入力端子また
    は出力端子に接続された第2のPN接合構造の順方向に
    前記信号電流に比例する電流を得るために前記第1およ
    び第2のPN接合構造の他端にバイアス電圧を与えるよ
    うに構成した電流増幅器であつて、前記バイアス電圧を
    発生するバイアス電圧発生回路のトランジスタのベース
    電圧を基準電位点に対して一定に固定し、前記トランジ
    スタのエミツタに抵抗を挿入し、前記抵抗の端子間電圧
    (V_0)を下記のとおり設定することにより、前記端
    子間に絶対温度に比例する電圧を発生させ、絶対温度に
    比例する電圧の全部または一部を前記第1および第2の
    PN接合構造の他端にバイアス電圧として接続し、バイ
    アス電圧に応じて前記信号電圧の増幅度を決定するよう
    に構成したことを特徴とする温度補償された直流増幅器
    。 記 (V_0)=(Vg_0−VBEO) ただし、 Vg_0:絶対零度での前記トランジスタの半導体のエ
    ネルギーバンドギヤツプに相当する電圧VBEO:基準
    温度T_0における前記トランジスタのベースエミツタ
    間電圧V_0:任意の温度T(=T_0+△T)におけ
    る前記抵抗の端子間電圧
JP50076996A 1975-06-24 1975-06-24 温度補償された直流増幅器 Expired JPS6040207B2 (ja)

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JPS6029123B2 (ja) * 1978-08-02 1985-07-09 富士通株式会社 電子回路
JPS55147827A (en) * 1979-05-08 1980-11-18 Mitsubishi Electric Corp Signal extracting circuit
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JPS48100053A (ja) * 1972-03-29 1973-12-18

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