(57)【要約】【課題】ある温度未満では一定、以上では温度に反比例して低下するような温度特性をも連続性に優れた出力電圧を発生させる。【解決手段】反転入力端子（−）と出力側との共通接続点が出力端子１４に接続されたオペアンプ１２と、オペアンプの非反転入力端子（＋）に定電圧Ｖ１を印加する定電圧源１１と、出力端子１４と接地１５との間に接続されたダイオード１３とを備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反転入力端子と出力側との共通接続点が出力端子に接続されたオペアンプと、該オペアンプの非反転入力端子に定電圧を印加する定電圧源と、前記出力端子と接地との間に接続され前記出力端子と前記接地間の電圧の変化に応じてインピーダンスを変化させ且つ該インピーダンスの変化が温度特性を持つＰＮ接合素子とを備え、前記出力端子に、特定の温度未満では前記定電圧源の電圧が出力し、前記特定の温度以上では該温度に反比例して低下する電圧が出力することを特徴とする電圧発生回路。
【請求項２】
反転入力端子と出力側との共通接続点が出力端子に接続されたオペアンプと、該オペアンプの非反転入力端子に定電圧を印加する定電圧源と、前記出力端子と電源端子との間に接続され前記出力端子と前記電源端子間の電圧の変化に応じてインピーダンスを変化させ且つ該インピーダンスの変化が温度特性を持つＰＮ接合素子とを備え、前記出力端子に、特定の温度未満では前記定電圧源の電圧が出力し、前記特定の温度以上では該温度に比例して上昇する電圧が出力することを特徴とする電圧発生回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電圧発生回路において、
前記オペアンプの反転入力端子と出力側との共通接続点と前記出力端子との間に抵抗を挿入したことを特徴とする電圧発生回路。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の電圧発生回路において、
前記オペアンプは、前記ＰＮ接合素子に流れる電流を制限する出力段を有することを特徴とする電圧発生回路。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４に記載の電圧発生回路において、
前記ＰＮ接合素子は、ダイオード、ゲートとドレインを共通接続したＭＯＳトランジスタ、又はベースとコレクタを共通接続したバイポーラトランジスタであることを特徴とする電圧発生回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度特性を持つ電圧を発生し、基準電圧源回路等として使用される電圧発生回路に関するものである。
【０００２】
電子部品の多くは、図１１に示すように、特定の温度Ｔ１（例えば５０℃）以上で負荷を軽減するような特性が要求される。このように温度に対して制御性をもたせるためには、一般的には温度に対して同様な特性をもつ電圧発生回路が必要となる。
【０００３】
図１１のような温度Ｔ１で特性が変化する温度特性を有する電圧を発生する電圧発生回路として、本発明者は図１２に示す回路を発明した。図１２において、３１，３２は電圧Ｖ３，Ｖ４の電圧源、３３はコンパレータ、３４，３５はＮＭＯＳトランジスタ、３６はインバータ、３７は出力端子、３８は接地（Ｖｓｓ）である。
【０００４】
コンパレータ３３は、その非反転入力端子（＋）に電圧源３１の正極側が接続され、反転入力端子（−）に電圧源３２の正極側が接続され、出力側にはインバータ３６の入力側とトランジスタ３５のゲートが接続されている。電圧源３１，３２の負極側は接地３８に接続されている。インバータ３６の出力側は、トランジスタ３４のゲートに接続されている。トランジスタ３４，３５はスイッチとして機能し、電圧源３１，３２の電圧Ｖ３，Ｖ４の一方を選択的に切り替えて出力端子３７に出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。
【０００５】
電圧源３１，３２の電圧Ｖ３，Ｖ４は、それぞれ異なる温度特性をもつ。ここでは、説明を簡単にするため、電圧源３１の電圧Ｖ３は図１３（ａ）に示すように負の温度係数をもつ電圧とし、電圧源３２の電圧は図１３（ｂ）に示すように温度に依らず一定となる定電圧とする。この電圧源３２の電圧Ｖ４の値は、電圧源３１の電圧Ｖ３の温度Ｔ１における値と同じとする。
【０００６】
さて、温度がＴ１未満に低くなると、電圧源３１の電圧Ｖ３は上昇し、Ｖ３＞Ｖ４となる。このときコンパレータ３３の出力はＨレベルとなり、トランジスタ３５がオンし、トランジスタ３４がオフする。従って、出力端子３７の電圧Ｖｏｕｔとして電圧源３２の電圧Ｖ４が出力する。
【０００７】
一方、温度がＴ１以上に高くなると、電圧源Ｖ３１の電圧Ｖ３は下降し、Ｖ３＜Ｖ４となる。このとき、コンパレータ３３の出力はＬレベルとなり、トランジスタ３４がオンし、トランジスタ３５がオフする。従って、出力端子３７の電圧Ｖｏｕｔとして電圧源３１の電圧Ｖ３が出力する。
【０００８】
以上のように、温度がＴ１未満では、出力端子３７の電圧Ｖｏｕｔとしては電圧源３２の電圧Ｖ４が現れ温度に依らず一定の電圧となるが、温度がＴ１以上では、負の温度特性をもつ電圧源３１の電圧Ｖ３が出力する。このように図１２に示す回路は、図１３（ｃ）に示すように、温度Ｔ１を境とした２つの領域で異なる温度特性をもった電圧を発生する回路として動作する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような、コンパレータ３３により出力電圧Ｖｏｕｔを切り替える方式では、電圧源３１と３２の電圧が等しくなる温度Ｔ１の近傍でわずかに温度が変動した場合、コンパレータ３３の出力は、ＨレベルとＬレベルを繰り返すこととなり、スイッチングによるノイズを発生する。また、不要なスイッチングの増加により消費電流が増加する。そこで、スイッチングによるノイズ及び消費電流の増加を抑制するためにヒステリシス特性を持たせると、温度と出力電圧の連続性が悪くなり、出力電圧が急激に変化するという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、温度Ｔ１の付近でスイッチングが発生せず、また温度と出力電圧の連続性も良好な電圧発生回路を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、反転入力端子と出力側との共通接続点が出力端子に接続されたオペアンプと、該オペアンプの非反転入力端子に定電圧を印加する定電圧源と、前記出力端子と接地との間に接続され前記出力端子と前記接地間の電圧の変化に応じてインピーダンスを変化させ且つ該インピーダンスの変化が温度特性を持つＰＮ接合素子とを備え、前記出力端子に、特定の温度未満では前記定電圧源の電圧が出力し、前記特定の温度以上では該温度に反比例して低下する電圧が出力することを特徴とする電圧発生回路とした。
【００１２】
請求項２に係る発明は、反転入力端子と出力側との共通接続点が出力端子に接続されたオペアンプと、該オペアンプの非反転入力端子に定電圧を印加する定電圧源と、前記出力端子と電源端子との間に接続され前記出力端子と前記電源端子間の電圧の変化に応じてインピーダンスを変化させ且つ該インピーダンスの変化が温度特性を持つＰＮ接合素子とを備え、前記出力端子に、特定の温度未満では前記定電圧源の電圧が出力し、前記特定の温度以上では該温度に比例して上昇する電圧が出力することを特徴とする電圧発生回路とした。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の電圧発生回路において、前記オペアンプの反転入力端子と出力側との共通接続点と前記出力端子との間に抵抗を挿入したことを特徴とする電圧発生回路とした。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１、２又は３に記載の電圧発生回路において、前記オペアンプは、前記ＰＮ接合素子に流れる電流を制限する出力段を有することを特徴とする電圧発生回路とした。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１、２、３又は４に記載の電圧発生回路において、前記ＰＮ接合素子は、ダイオード、ゲートとドレインを共通接続したＭＯＳトランジスタ、又はベースとコレクタを共通接続したバイポーラトランジスタであることを特徴とする電圧発生回路とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の電圧発生回路の構成を示す図で、１１は定電圧源、１２はオペアンプ、１３はダイオード、１４は出力端子、１５は接地（Ｖｓｓ）である。オペアンプ１２はその出力段に定電流源１２１とソース接地トランジスタ１２２を有する。ダイオード１３はその順方向降下電圧ＶＦ１が図２（ａ）に示すような負の温度特性をもち、出力端子１４と接地１５の間に接続されている。定電圧源１１は図２（ｂ）に示すような定電圧Ｖ１（温度係数は無視できる程度に小さい。）であり、オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）と接地１５との間に接続されている。オペアンプ１２はその出力側と出力端子１４と反転入力端子（−）が接続され帰還型となっている。ここで、定電圧源１１の電圧Ｖ１はダイオード１３の温度Ｔ１における順方向降下電圧ＶＦ１と等しい。
【００１７】
さて、温度がＴ１未満では、ダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１は高くなってＶＦ１＞Ｖ１となり、ダイオード１３はオフする。ここで、オペアンプ１２は非反転入力端子（＋）の電圧と反転入力端子（−）の電圧が等しくなるよう動作するため、出力端子１４の出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖ１となる。
【００１８】
次に、温度がＴ１以上になると、ダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１は下降してＶＦ１＜Ｖ１となる。前述のように、オペアンプ１２は非反転入力端子（＋）の電圧と反転入力端子（−）の電圧が等しくなるよう動作するが、定電圧源１１の電圧Ｖ１はダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１よりも高いので、ダイオード１３はオンして順方向電流が流れる。このため、オペアンプ１２はトランジスタ１２２の電流を減少させ、定電流源１２１からの電流をダイオード１３にも流すようになる。
【００１９】
このとき、ダイオード１３は一般的なダイオードであり、その順方向電流は非常に大きくなるが、最大で定電流源１２１の電流となり、出力端子１４の電圧Ｖｏｕｔはダイオード１３によりクランプされ、このときのダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１がその出力電圧Ｖｏｕｔとなる。
【００２０】
以上から、温度Ｔ１未満の温度では出力電圧Ｖｏｕｔは温度に依らず一定の電圧Ｖ１となり、Ｔ１以上では負の温度特性をもつ電圧ＶＦ１となり、図１に示す回路は、図２（ｃ）に示すように、温度の領域により温度特性が異なる電圧を発生する回路として動作する。
【００２１】
この電圧発生回路では、ダイオード１３に流れる電流とトランジスタ１２２に流れる電流の和は、電流源１２１により一定となるから、Ｔ１近傍で温度がわずかに変動しても、スイッチングによる電流の増減は発生せず、ノイズが発生することはない。
【００２２】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態の電圧発生回路の構成を示す図であり、図１と同じものには同じ符号を付けた。ここでは、図１におけるダイオード１３に代えて、ゲートとドレインを共通接続したダイオード接続のＮＭＯＳトランジスタ１６を、出力端子１４と接地１５との間に接続している。このトランジスタ１６は一般的なＭＯＳトランジスタであり、その閾値電圧Ｖｔｈ１は低温で大きく高温で小さくなる。ここでは、定電圧源１１の電圧Ｖ１を、温度Ｔ１におけるトランジスタ１５の閾値電圧Ｖｔｈ１と等しい電圧とする。
【００２３】
よって、温度Ｔ１未満では、Ｖｔｈ１＞Ｖ１となり、トランジスタ１６はオフし、出力端子１４の電圧Ｖｏｕｔとしては定電圧源１１の電圧Ｖ１が出力される。また、温度Ｔ１以上では、Ｖｔｈ１＜Ｖ１となり、トランジスタ１６はオンし、出力端子１４の電圧Ｖｏｕｔはトランジスタ１６の閾値電圧Ｖｔｈ１となる。従って、図３に示す回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、図１に示す回路と同様な特性となり、且つＴ１近傍で温度が僅かに変動しても、スイッチングによる電流の増減は発生せず、ノイズが発生することはない。
【００２４】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態の電圧発生回路の構成を示す図であり、図１と同じものには同じ符号を付けた。ここでは、図１におけるオペアンプ１２の出力部と出力端子１４との間に抵抗１７を接続し、出力端子１４と接地１５との間にダイオード１３を接続している。このように抵抗１７を挿入するとオペアンプ１２の定電流源１２１からダイオード１３に流れる電流を制限することができ、消費電流を削減することができる。このダイオード１３は図３に示したＮＭＯＳトランジスタ１６と置き換えることができる。
【００２５】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態の電圧発生回路の構成を示す図であり、図１と同じものには同じ符号を付けた。ここでは、図１におけるオペアンプ１２の出力部と出力端子１４との間に抵抗１８を接続しているが、その抵抗１８の一端にオペアンプ１２の出力部と反転入力端子（−）を共通接続し、他端にダイオード１３と出力端子１４を共通接続している。
【００２６】
オペアンプ１２の出力電圧は定電圧源１１の電圧Ｖ１であり、温度Ｔ１よりも充分低い温度では、ダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１が大きいために、そのダイオード１３を流れる電流がほぼゼロとなるので、出力端子１４の電圧Ｖｏｕｔは、電圧Ｖ１と等しくなる。ただし、出力端子１４の負荷は大きなインピーダンス又は容量負荷とする。
【００２７】
温度が上昇してくると、ダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１が低下して抵抗１８を流れる電流が大きくなるので、出力電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖ１よりも低くなる。更に温度が高くなると抵抗１８を流れる電流がさらに増大し、オペアンプ１２の最大出力電流近くにまで増大すると、出力電圧Ｖｏｕｔはダイオード１３によりクランプされる。
【００２８】
このため、図５に示す回路は、図６に示すように、温度Ｔ１よりも非常に低い温度では出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１で一定となり、温度Ｔ１の近傍では緩やかに下降し、温度Ｔ１より充分高くなると負の温度係数をもつダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１の電圧となる。
【００２９】
この回路では温度Ｔ１付近における出力電圧の変化が滑らかである。且つスイッチングによる悪影響はない。なお、この回路でもダイオード１３を図３に示したＮＭＯＳトランジスタと置き換えることができる。
【００３０】
［第５の実施形態］
図７は、本発明の第５の実施形態の電圧発生回路の構成を示す図であり、図１と同じものには同じ符号を付けた。ここでは、図１におけるオペアンプ１２を出力部がＰＭＯＳトランジスタ１９１とＮＭＯＳトランジスタ１９２とで構成されるオペアンプ１９に代えている。２５は電源Ｖｄｄの端子である。
【００３１】
温度がＴ１未満では、ダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１が電圧源１１の電圧Ｖ１よりも大きくそのダイオード１３はオフしている。このため、出力端子１４の電圧Ｖｏｕｔは定電圧源１１の電圧Ｖ１となる。
【００３２】
温度が上昇してＴ１以上になると、ダイオード１３の順方向降下電圧ＶＦ１が電圧源１１の電圧Ｖ１よりも小さくなりダイオード１３がオンして電流が流れる。このときオペアンプ１９はトランジスタ１９１の電流を増大させて出力電圧Ｖｏｕｔを電圧源の電圧Ｖ１と等しくさせるような動作を行う。
【００３３】
このときのトランジスタ１９１の流すことのできる電流を、ダイオード１３の順方向電流よりも小さく設定することにより、出力電圧Ｖｏｕｔはダイオード１３によりクランプされる。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔは前記した図２（ｃ）に示した特性となる。
【００３４】
［第６の実施形態］
図８は、本発明の第６の実施形態の電圧発生回路の構成を示す図で、２１は定電圧源、２２はオペアンプ、２３はダイオード、２４は出力端子、２５は電源端子（Ｖｄｄ）である。オペアンプ２２はその出力段にＰＭＯＳトランジスタ２２１と定電流源２２２を有する。
【００３５】
ダイオード２３は図９（ａ）に示すような負の温度特性の順方向降下電圧ＶＦ２をもち、出力端子２４と電源端子２５との間に接続されている。定電圧源２１は図９（ｂ）に示すような定電圧Ｖ２（温度係数は無視できる程度に小さい。）であり、オペアンプ２２の非反転入力端子（＋）と電源端子２５との間に接続されている。オペアンプ２２は出力端子２４と反転入力端子（−）が接続され帰還型となっている。ここで、定電圧源２１の電圧Ｖ２はダイオード２３の温度Ｔ１における電圧ＶＦ２と等しいものとする。
【００３６】
さて、温度がＴ１未満では、ダイオード２３の順方向降下電圧ＶＦ２は高くなってＶＦ１＞Ｖ２となり、ダイオード２３はオフする。ここで、オペアンプ２２は非反転入力端子（＋）の電圧と反転入力端子（−）の電圧が等しくなるよう動作するため、出力端子２４の出力電圧Ｖｏｕｔは電圧「Ｖｄｄ−Ｖ２」となる。
【００３７】
次に、温度がＴ１以上になると、ダイオード２３の順方向降下電圧ＶＦ２は小さくなってＶＦ２＜Ｖ２となる。前述のように、オペアンプ２２は、非反転入力端子（＋）の電圧と反転入力端子（−）の電圧が等しくなるよう動作するが、定電圧源２１の電圧Ｖ２はダイオード２３の順方向降下電圧ＶＦ２よりも大きいので、ダイオード２３がオンして順方向電流が流れ、出力端子２４の電圧Ｖｏｕｔはダイオード２３の順方向降下電圧ＶＦ２との関係で、「Ｖｄｄ−ＶＦ２」にクランプされる。
【００３８】
以上から、温度Ｔ１未満では出力電圧Ｖｏｕｔは温度に依らず一定の電圧「Ｖｄｄ−Ｖ２」となり、Ｔ１以上では負の温度特性をもつ電圧「Ｖｄｄ−ＶＦ２」となり、図８に示す回路は、図９（ｃ）に示すように、温度の領域により温度特性が異なる電圧を発生する回路として動作する。
【００３９】
この電圧発生回路でも、ダイオード２３に流れる電流とトランジスタ２２１に流れる電流の和は、電流源２２２により一定となるから、Ｔ１近傍で温度がわずかに変動しても、スイッチングによる電流の増減は発生しない。
【００４０】
［第７の実施形態］
図１０は、本発明の第７の実施形態の電圧発生回路の構成を示す図であり、図８と同じものには同じ符号を付けた。ここでは、図８におけるダイオード２３に代えて、ゲートとドレインを共通接続したダイオード接続ＰＭＯＳトランジスタ２６を、出力端子２４と電源端子２５との間に接続している。このトランジスタ２６は一般的なＭＯＳトランジスタであり、その閾値電圧Ｖｔｈ２は低温で大きく、高温で小さくなる。ここでは、定電圧源２１の電圧Ｖ２を、温度Ｔ１におけるトランジスタ２５の閾値電圧Ｖｔｈ２と等しい電圧とする。
【００４１】
よって、温度Ｔ１未満ではＶｔｈ２＞Ｖ２となってトランジスタ２６はオフし、出力端子２４の電圧Ｖｏｕｔとして「Ｖｄｄ−Ｖ２」が出力される。また、温度Ｔ１以上では、Ｖｔｈ２＜Ｖ２となり、トランジスタ２６はオンして出力端子２４の電圧Ｖｏｕｔとして「Ｖｄｄ−Ｖｔｈ２」が出力される。従って、図１０に示す電圧発生回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、図８に示す回路と同様な特性となる。
【００４２】
［その他の実施形態］
なお、以上において、図３，図４，図５のオペアンプ１２は図７のオペアンプ１９に代えることができる。また、図７，図８，図１０の回路には、図４，図５と同様な抵抗１７，１８を挿入することができ、また図８，図１０のオペアンプ２２を図７のオペアンプ１９と同様なオペアンプに代えることができる。さらにダイオード１３，２３、ダイオード接続トランジスタ１６，２６等は、ＮＰＮ、ＰＮＰ等のバイポーラトランジスタと置き換えることができる。つまり、これらにはＰＮ接合素子を使用すればよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電圧発生回路によれば、出力電圧の温度特性の切替えにスイッチング動作が起きないので、従来のようなスイッチングによる電流の増減が発生することがなく、スイッチングによるノイズも発生せず、連続性に優れた温度特性をもつ出力電圧を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の電圧発生回路の回路図である。
【図２】図１の回路の電圧ＶＦ１、Ｖ１、Ｖｏｕｔの温度特性図である。
【図３】第２の実施形態の電圧発生回路の回路図である。
【図４】第３の実施形態の電圧発生回路の回路図である。
【図５】第４の実施形態の電圧発生回路の回路図である。
【図６】図５の回路の電圧Ｖｏｕｔの温度特性図である。
【図７】第５の実施形態の電圧発生回路の回路図である。
【図８】第６の実施形態の電圧発生回路の回路図である。
【図９】図８の回路の電圧ＶＦ２、Ｖ２、Ｖｏｕｔの温度特性図である。
【図１０】第７の実施形態の電圧発生回路の回路図である。
【図１１】電子部品の負荷の温度特性図である。
【図１２】従来の電圧発生回路の回路図である。
【図１３】図１２の回路の電圧Ｖ３、Ｖ４、Ｖｏｕｔの温度特性図である。
【符号の説明】
１１：定電圧源、１２：オペアンプ、１３：ダイオード、１４：出力端子、１５：接地、１６：ＮＭＯＳトランジスタ、１７、１８：抵抗
２１：定電圧源、２２：オペアンプ、２３：ダイオード、２４：出力端子、２５：電源端子、２６：ＰＭＯＳトランジスタ
３１，３２：電圧源、３３：オペアンプ、３４，３５：ＮＭＯＳトランジスタ、３６：インバータ、３７：出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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