专利名称：作为温度函数控制的基准电压发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种参考电压发生器，它在一个输出端提供一种受控的输出电压，该发生器包括一个第一和第二三极管，其基极互连并且形成发生器的输出端，第一三极管的发射极通过第一电阻和第二三极管的发射极相连，第二三极管的发射极通过第二电阻和第一电源端相连，同时第一三极管和第二三极管的集电极连接到具有相等额定值的两个电流源上，第三三极管，其基极和一个电流源相连，其集电极和第二电源端相连，其发射极和第一和第二三极管的基极相连同时通过一个充电电阻和负电源端相连。
这种发生器已在欧洲专利文件，登记号94203440.6中公开。该发生器具有一个功能，它在第一和第二三极管的基极提供一个电压，其值不随温度发生变化。这种类型的系统的理论已是公知技术。它是基于这种事实三极管的基极-发射极电压随温度线性减小。第一电阻产生的电压降，基准VR1使它有可能作为温度的函数以线性的方式增加发射极电势。如果第一三极管比第二三极管大N倍，电压VR1等于Vt.In(N)，Vt＝K.T/q，其中K是波耳兹曼常数，q是电子电荷，以及T是绝对温度。从而产生VR1＝T.(In(N).K/q)。基极-发射极电压，即Vbe在第一三极管中作为温度函数的线性减小可以由构成发生器的部件的适当尺寸来补偿。后者的作用当流过第一和第二三极管的电流是绝对相等时最佳。另外，为了防止由三极管之间不平衡而产生的厄雷效应，它们的集电极电压必须也相等，这不是在上述引用的文件中所述的发生器的情况，其中集电极显示出由于第三三极管基极-发射极电压引起的电势差，一个附加电阻两端的电压降也加于其上。该电势差产生一个不平衡，它具有一个改变第一三极管的基极-发射极的温度补偿质量的效果。
本发明通过提供一个电压发生器，该发生器的第一三极管和第二三极管的集电极电压相等而不使用复杂的结构，从而克服上述缺点。
为了实现这一目的，根据本发明的基准电压发生器的特征在于，它包括在第一、第二三极管和电流源之间加入一个第四和第五三极管，它们的基极与第三三极管的基极相连，其发射极分别和第一和第二三极管的集电极相连以及其每一集电极和一个电流源相连。
在这种发生器中，第一和第二三极管的每个集电极处于比第三三极管的基极电压低一个值Vbe的电势。另外，第一和第二三极管的每个基极也是处于比第三三极管基极电压低Vbe值的电势。其结果，第一和第二三极管都工作在零集电极-发射极电压下，这是特别适合的工作点。
本发明的变形是提供如上所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括第一，第二和第三电流镜，每个包括第一和第二支路和一个输入点，第一和第二电流镜的第一支路和第四和第五三极管的集电极分别连接。同时第一和第二电流镜的输入点和第二输入端相连，第一和第二电流镜的第二支路分别与第三电流镜的第一和第二支路连接，第三电流镜的输入点连接到第一输入端并且第一和第二以及第三三极管的基极和第三电流镜的一条支路相连。
这种结构保证了流过第一和第二三极管的电流相等，它对于更好地控制作为温度函数的输出电压是必要的。另外，这种结构简单，从而发生器的电源电压可以具有2伏数量级的较低电压。
本发明的一个变形是提供如上所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括一个第六三极管，其基极连接到第三三极管的发射极并且第六三极管插入第一或第二电流镜的一个不与第三三极管基极相连的支路和第三电流镜的一个不与第三三极管基极相连的支路之间。
由于这个附加的三极管，第一和第二电流镜的第二电流支路电势相等，其二者等于输出电压加上一个值Vbe，它进一步改善了流过第一和第二三极管的均衡性。
本发明的另一个变形是提供如上所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括一个第三电流镜，它包括一个第七，第八和第九和第十三极管，第七和第八三极管的基极与其集电极相连并和第九和第十三极管基极相连，第七和第九三极管的发射极和第八和第十三极管的各集电极相连，第八和第十三极管的发射极互连并且构成第三电流镜的输入点，同时第七和第九三极管的集电极形成第三电流镜的第一和第二支路，第三电流镜的第二支路连接到第三三极管的基极。
第三电流镜的这种结构可以有可能对从其第二支路拉出电流的一部分进行补偿。
本发明的变形是提供如上所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括一个起动模块，它使其能够在输入电压施加后迅速进入稳定状态，该模块包括一个设置成差动对的第十一和第十二三极管，第十一三极管的集电极连接到正输入端，第十一三极管的基极和第三、第四和第五三极管的基极相连，第十二三极管的集电极和第一和第二电流镜的其中一个的第一支路相连，第一和第二电流镜的第二支路和第三三极管的基极相连，同时第十二三极管的基极接受一个额定固定电压，它低于发生器处于额定工作状态时提供给第三、第四和第五三极管的基极的电压。
这种起动模块在发生器接通后提供一个迅速的稳定性。
通过举例，参考附图，对以下几个实施例的描述，将更好地理解本发明，其中
图1是表示根据本发明的电压发生器的电路图；图2是表示根据本发明变形的电压发生器的电路图；图3是表示根据本发明变形的电压发生器的电路图。
在图1中，根据本发明的一个基准电压发生器，它在一个输出端提供一个受控的输出电压Vbg，它包括一个第一和第二三极管T1，T2，二者为NPN型，其基极互连并且形成发生器的输出端，第一三极管T1的发射极通过第一电阻R1与第二三极管T2的发射极相连，第二三极管的发射极通过第二电阻R2和第一电源端GND相连，同时第一三极管和第二三极管T1，T2的集电极连接到具有相等额定值的两个电流源I1，I2，NPN型的第三三极管T3，其基极连接到电流源I2，其集电极连接到第二电源端VCC，其发射极连接到第一和第二三极管T1，T2的基极以及通过一个电荷电阻RL和负电源端GND相连。该发生器还包括在第一和第二三极管T1，T2和电流源I1，I2之间插入两个NPN型的第四和第五三极管T4、T5，其基极共同与第三三极管T3的基极相连。它们的发射极分别和第一和第二三极管T1，T2的集电极。它们的集电极每个连接到一个电流源I1，I2。
在这种发生器中，T1的集电极电压Vc(T1)等于T3的基极电压Vb(T3)减去T4的基极-发射极电压Vbe(T4)，表示为Vc(T1)＝Vb(T3)-Vbe(T4)。同样，对于T2也同理，表示为Vc(T2)＝Vb(T3)-Vbe(T5)。如果T4和T5相同，则Vc(T1)＝Vc(T2)。另外，T1和T2的集电极-基极电压Vcb(T1)和Vcb(T2)分别为零，因为Vb(T1)＝Vb(T2)＝Vb(T3)-Vbe(T3)。三极管T1和T2相应加偏压，从而具有一个特别适合的工作点。
图2是根据本发明的一个变形的电压发生器的一个电路图，它包括第一，第二和第三电流镜M1、M2和M3，每个包括第一和第二支路和一个输入点，第一和第二电流镜M1、M2的第一支路和第四和第五三极管T4、T5的集电极分别连接。同时第一和第二电流镜M1、M2的输入点和第二电源端VCC相连，第一和第二电流镜M1、M2的第二支路分别与第三电流镜M3的第一和第二支路连接，其第三电流镜的输入点连接到第一电源端GND并且第一和第二以及第三三极管T1、T2和T3的基极和第三电流镜M3的第二条支路相连。
这种结构保证了流过第一和第二三极管T1、T2的电流相等，它对于更好地控制作为温度函数的输出电压Vbg是必要的。
图3是根据本发明的一个优选实施例的电压发生器的电路图，它包括第一电流镜M1的第二支路和第三电流镜M3的第一支路之间有一个PNP型第六三极管T6，其基极和第三三极管T3的发射极相连。
第一电流镜M1的第二支路的电势等于Vbg+Vbe(T6)，而第二电流镜M2的第二支路的电势等于Vbg+Vbe(T3)，各个三极管的电压值Vbe在该电路中非常接近。由于该附加三极管T6，第一和第二电流镜M1、M2的第二支路的电势相等，它进一步改善了流过第一和第二三极管T1、T2的电流。
在图3所示的电压发生器中，第三电流镜M3包括一个第七，第八和第九和第十三极管T7、T8、T9和T10，第七和第八三极管T7和T8的基极与其各自集电极相连并且与第九和第十三极管T9、T10的基极相连，第七和第九三极管T7、T9的发射极与第八和第十三极管T8、T10的各集电极相连，同时第八和第十三极管的发射极互连并且形成第三电流镜M3的一个输入点。第七和第九三极管T7和T9分别形成第三电流镜M3的第一和第二支路，第三电流镜的第二支路连接到第三三极管T3的基极。
第三、第四和第五三极管的基极电流从进入到电流镜M3的第二支路的电流取出。电流镜M3的对称结构，如上所述使它能够补偿这些损失，因为包括在电流镜M3的三极管基极电流从进入到第一支路的电流拉出，因此两输入端之间再次建立对称并且改善流过第一和第二三极管的电流均衡性和引起流过电流镜M3和来自电流镜M1和M2电流的反射。电流镜M1和M2分别由T13、T14、T15和T16组成，都是PNP型。
如果这个发生器的输出电压Vbg是1.2V，最小电源电压Vcc(例如等于Vbg+Vbe(T4)-Vcesat(T13)，其中Vbe(T4)和Vcesat(T13)分别为0.6V和0.2V)将接近2V，它使发生器消耗很少的功率并且特别适合于用在便携式如无绳电话的设备。
如图3所示的电压发生器另外还包括一个起动模块MD，它使其能够在接通电源后迅速进入稳定状态。该模块MD包括一个设置成差动对的两个NPN型第十一和十二三极管，第十一三极管T11的集电极连接到第二电源端VCC，同时其基极和第三、第四和第五三极管T3、T4和T5的基极相连，第十二三极管T12的集电极和第二电流镜的第一支路相连，其基极通过电阻R0和第二电源端VCC相连。第十二三极管T12的基极还与第十七三极管T17的基极相连，该第十七三极管是连接成二极管的NPN型。其发射极通过NPN型的第十八三极管T18与第一电源端GND相连。第十八三极管T18和NPN型的第十九三极管T19组成电流镜，该第十九三极管的集电极和第十一和第十二三极管T11和T12的发射极相连。电阻R0上通过一个其值为(VCC-2.Vbe)/R0的固定电流I0，该电流由电流镜T18，T19产生并且极化差动对T11，T12。第三三极管的基极总是处于2.Vbe的电势。在起动阶段，发生器的输出电压等于零。提供给第十一三极管T11的基极的电压相应地大大低于2.Vbe，并且第十二三极管T12通过电流I0。该电流由电流镜M2产生并且第三三极管T3导通，后者导通流向电阻RL的电流，从而使输出电压Vbg升高。由电流镜M2产生的电流I0还使第四和第五三极管T4和T5导通，同时由连续的电流镜M3和M2反射的电流I0流过第一三极管T1。当发生器的输出电压Vbg已经稳定时，第十一三极管T11的基极处于其值约为Vbg+Vbe的电势。受控电压Vbg本身为2.Vbe的数量级，从而提供给第十一三极管T11的基极的电压高于2.Vbe，该电压为提供给第十二三极管T12的基极电压。第十二三极管变为截止，从而将起动模块MD和发生器的其余部分断开。
权利要求
1.一种参考电压发生器，它在一个输出端提供一种受控的输出电压，该发生器包括一个第一和第二三极管，其基极互连并且形成发生器的输出端，第一三极管的发射极通过第一电阻和第二三极管的发射极相连，第二三极管的发射极通过第二电阻和第一电源端相连，同时第一三极管和第二三极管的集电极连接到具有相等额定值的两个电流源上，第三三极管，其基极和一个电流源相连，其集电极和第二电源端相连，其发射极和第一和第二三极管的基极相连同时通过一个充电电阻和负电源端相连，其特征在于，它包括在第一、第二三极管和电流源之间加入一个第四和第五三极管，它们的基极与第三三极管的基极相连，其发射极分别和第一和第二三极管的集电极相连以及其每一集电极和一个电流源相连。
2.根据权利要求1所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括第一，第二和第三电流镜，每个包括第一和第二支路和一个输入点，第一和第二电流镜的第一支路和第四和第五三极管的集电极分别连接。同时第一和第二电流镜的输入点和第二输入端相连，第一和第二电流镜的第二支路分别与第三电流镜的第一和第二支路连接，第三电流镜的输入点连接到第一输入端并且第一和第二以及第三三极管的基极和第三电流镜的一条支路相连。
3.根据权利要求2所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括一个第六三极管，其基极连接到第三三极管的发射极并且第六三极管插入第一或第二电流镜的一个不与第三三极管基极相连的支路和第三电流镜的一个不与第三三极管基极相连的支路之间。
4.根据权利要求2和3所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括一个第三电流镜，它包括一个第七，第八和第九和第十三极管，第七和第八三极管的基极与其集电极相连并和第九和第十三极管基极相连，第七和第九三极管的发射极和第八和第十三极管的各集电极相连，第八和第十三极管的发射极互连并且构成第三电流镜的输入点，同时第七和第九三极管的集电极形成第三电流镜的第一和第二支路，第三电流镜的第二支路连接到第三三极管的基极。
5.根据权利要求2-4所述的基准电压发生器，其特征在于，它包括一个起动模块，它使其能够在输入电压施加后迅速进入稳定状态，该模块包括一个设置成差动对的第十一和第十二三极管，第十一三极管的集电极连接到正输入端，第十一三极管的基极和第三、第四和第五三极管的基极相连，第十二三极管的集电极和第一和第二电流镜的其中一个的第一支路相连，第一和第二电流镜的第二支路和第三三极管的基极相连，同时第十二三极管的基极接受一个额定固定电压，它低于发生器处于额定工作状态时提供给第三、第四和第五三极管的基极的电压。
全文摘要
本发明涉及一种基准电压发生器,它提供一个受控的输出电压Vbg,该发生器包括两个三极管T1,T2,两个电流源I1,I2,两个电阻R1,R2和提供电流到一个电阻RL的第三电阻。根据本发明,该发生器的特征是它包括在第一和第二三极管T1,T2和电流源I1,I2之间连接一个第四和第五三极管T4,T5,其基极共同地连接于第三三极管T3的基极。这种发生器具有结构简单,且保证有一个最佳的作为温度函数的输出电压控制。
文档编号G05F3/08GK1170279SQ9711388
公开日1998年1月14日 申请日期1997年6月26日 优先权日1996年6月26日
发明者J·C·佩罗 申请人:菲利浦电子有限公司