JP2546912B2 - 交流増幅器 - Google Patents
交流増幅器Info
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- JP2546912B2 JP2546912B2 JP2139462A JP13946290A JP2546912B2 JP 2546912 B2 JP2546912 B2 JP 2546912B2 JP 2139462 A JP2139462 A JP 2139462A JP 13946290 A JP13946290 A JP 13946290A JP 2546912 B2 JP2546912 B2 JP 2546912B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、例えば光結合回路における受光回路の交流
成分信号の増幅用に用いられる交流増幅器に関するもの
である。
成分信号の増幅用に用いられる交流増幅器に関するもの
である。
＜従来の技術＞ この種の従来の一般的な交流増幅器は、第３図に示す
ような構成になっている。即ち、例えば直流成分に交流
成分が重畳した光信号をフォトダイオードFDにより受光
して光電変化し、この光電変換した電流信号を負荷抵抗
R1により電圧に変換した後に、コンデンサC1と抵抗R2か
らなる微分回路DCにより直流成分を分離して交流成分の
みを抽出し、出力電圧V0として出力するようになってい
る。尚、直流駆動電源Vccと接地端との間に接続された
２個のトランジスタQ1,Q2および抵抗R3,R4は、フォトダ
イオードFDにバイアスをかけ且つ該ダイオードFDに流れ
る光電流を増幅するよう機能する。
ような構成になっている。即ち、例えば直流成分に交流
成分が重畳した光信号をフォトダイオードFDにより受光
して光電変化し、この光電変換した電流信号を負荷抵抗
R1により電圧に変換した後に、コンデンサC1と抵抗R2か
らなる微分回路DCにより直流成分を分離して交流成分の
みを抽出し、出力電圧V0として出力するようになってい
る。尚、直流駆動電源Vccと接地端との間に接続された
２個のトランジスタQ1,Q2および抵抗R3,R4は、フォトダ
イオードFDにバイアスをかけ且つ該ダイオードFDに流れ
る光電流を増幅するよう機能する。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、前述の交流増幅器において、感度を上げる
場合の手段としては、負荷抵抗R1の抵抗値を大きくする
ことが一般に行われる。然し乍ら、負荷抵抗R1における
電圧変動範囲（電圧振幅）は、この増幅器自体の出力電
圧V0の変動範囲に限られるため、負荷抵抗R1の抵抗値を
大きくした場合には、フォトダイオードFDつまり負荷抵
抗R1に流れる入力光電流のダイナミックレンジが小さく
なる不都合が生じる。例えば、負荷抵抗R1に流し得る最
大の光電流IMAXは、負荷抵抗R1の抵抗値を500kΩ、NPN
トランジスタQ1,Q2の順方向電圧VBEを0.7V、直流駆動電
源Vccの直流電圧を5Vとすると、 IMAX＝（５−２×0.7）/5000＝7.2μＡ と極めて小さくなる。
場合の手段としては、負荷抵抗R1の抵抗値を大きくする
ことが一般に行われる。然し乍ら、負荷抵抗R1における
電圧変動範囲（電圧振幅）は、この増幅器自体の出力電
圧V0の変動範囲に限られるため、負荷抵抗R1の抵抗値を
大きくした場合には、フォトダイオードFDつまり負荷抵
抗R1に流れる入力光電流のダイナミックレンジが小さく
なる不都合が生じる。例えば、負荷抵抗R1に流し得る最
大の光電流IMAXは、負荷抵抗R1の抵抗値を500kΩ、NPN
トランジスタQ1,Q2の順方向電圧VBEを0.7V、直流駆動電
源Vccの直流電圧を5Vとすると、 IMAX＝（５−２×0.7）/5000＝7.2μＡ と極めて小さくなる。
また、前記交流増幅器をモノリシック集積回路化する
場合において、光信号の入力可能な交流成分周波数を微
分回路DCのカットオフ周波数fcを低く設定しようとする
と、微分回路DCのコンデンサC1の容量を大きく、従って
該コンデンサC1の形状を大きくするしかなく、小型化で
きない問題がある。例えば、微分回路DCのカットオフ周
波数fcを160kHzに設定する場合に必要なコンデンサC1の
容量ｃは、微分回路DCの抵抗R2の抵抗値を10kΩとする
と、 160000＝1/2π×ｃ×10000からｃ＝100pF と比較的大きくなる。
場合において、光信号の入力可能な交流成分周波数を微
分回路DCのカットオフ周波数fcを低く設定しようとする
と、微分回路DCのコンデンサC1の容量を大きく、従って
該コンデンサC1の形状を大きくするしかなく、小型化で
きない問題がある。例えば、微分回路DCのカットオフ周
波数fcを160kHzに設定する場合に必要なコンデンサC1の
容量ｃは、微分回路DCの抵抗R2の抵抗値を10kΩとする
と、 160000＝1/2π×ｃ×10000からｃ＝100pF と比較的大きくなる。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであり、高感度とした場合にも入力光電流のダイナ
ミックレンジを大きく保ち、モノリシック集積回路化に
際し小型化できるような交流増幅器を提供することを技
術的課題とするものである。
ものであり、高感度とした場合にも入力光電流のダイナ
ミックレンジを大きく保ち、モノリシック集積回路化に
際し小型化できるような交流増幅器を提供することを技
術的課題とするものである。
＜課題を解決するための手段＞ 上記の技術的課題を解決するために、本発明の交流増
幅器は、交流成分と直流成分が混在した光信号を光電変
換した後に、この電気信号から交流成分のみを抽出して
増幅する交流増幅器において、光信号を受光して電気信
号に変換する２個の光電変換素子と、それぞれの光電変
換素子に接続されたトランジスタおよびこれらのトラン
ジスタのうち一方のトランジスタのベースとコレクタの
間に接続されたコンデンサにより、上記電気信号から交
流成分のみを抽出する積分機能を備えたカレントミラー
回路と、このカレントミラー回路の出力電流を電圧に変
換する電圧変換回路とを具備してなることによって特徴
付けられている。
幅器は、交流成分と直流成分が混在した光信号を光電変
換した後に、この電気信号から交流成分のみを抽出して
増幅する交流増幅器において、光信号を受光して電気信
号に変換する２個の光電変換素子と、それぞれの光電変
換素子に接続されたトランジスタおよびこれらのトラン
ジスタのうち一方のトランジスタのベースとコレクタの
間に接続されたコンデンサにより、上記電気信号から交
流成分のみを抽出する積分機能を備えたカレントミラー
回路と、このカレントミラー回路の出力電流を電圧に変
換する電圧変換回路とを具備してなることによって特徴
付けられている。
また、この交流増幅器において、上記の光電変換素子
および電圧変換回路を備えるとともに、光電変換素子の
後段に、その光電変換素子に接続され、互いに等しい電
流を出力する同一特性の２個のカレントミラー回路と、
これらのカレントミラー回路からの出力電流がそれぞれ
導入される２個のトランジスタおよびこれらのトランジ
スタのうち一方のトランジスタのベースとコレクタの間
に接続されたコンデンサを備えたカレントミラー回路と
を具備した構成としてもよい。
および電圧変換回路を備えるとともに、光電変換素子の
後段に、その光電変換素子に接続され、互いに等しい電
流を出力する同一特性の２個のカレントミラー回路と、
これらのカレントミラー回路からの出力電流がそれぞれ
導入される２個のトランジスタおよびこれらのトランジ
スタのうち一方のトランジスタのベースとコレクタの間
に接続されたコンデンサを備えたカレントミラー回路と
を具備した構成としてもよい。
＜作用＞ 電圧変換回路つまり光電変換素子に流し得る最大の光
電流は、従来の交流増幅器とは異なり電圧変換回路の例
えば抵抗値とは無関係となってカレントミラー回路に流
し得る最大の電流値によって決定する。このカレントミ
ラー回路は、原理的にはトランジスタのベース電流がベ
ース抵抗に流れることによる該トランジスタのコレクタ
電位の上昇が直流駆動電源の直流電圧近くに達するまで
動作可能であるが、実用レベルから考慮して低く設定し
たとしても、光電流の最大値は、従来に比し格段に大き
くなるので、例えば電圧変換回路の抵抗値を大きくして
高感度に設定しても、入力光電流のダイナミックレンジ
を格段に大きく保つことができる。
電流は、従来の交流増幅器とは異なり電圧変換回路の例
えば抵抗値とは無関係となってカレントミラー回路に流
し得る最大の電流値によって決定する。このカレントミ
ラー回路は、原理的にはトランジスタのベース電流がベ
ース抵抗に流れることによる該トランジスタのコレクタ
電位の上昇が直流駆動電源の直流電圧近くに達するまで
動作可能であるが、実用レベルから考慮して低く設定し
たとしても、光電流の最大値は、従来に比し格段に大き
くなるので、例えば電圧変換回路の抵抗値を大きくして
高感度に設定しても、入力光電流のダイナミックレンジ
を格段に大きく保つことができる。
また、前記実施例増幅器をモノリシック集積回路化す
るに際してカットオフ周波数fcを低く設定した場合、積
分効果をもたせるためにカレントミラー回路に設けられ
たコンデンサC2の容量は、ミラー効果によってトランジ
スタの電流増幅率倍されるので、このカレントミラー回
路のカットオフ周波数を低く設定しても、コンデンサC2
の容量を大きくする必要がなく、大幅に小型化できる。
るに際してカットオフ周波数fcを低く設定した場合、積
分効果をもたせるためにカレントミラー回路に設けられ
たコンデンサC2の容量は、ミラー効果によってトランジ
スタの電流増幅率倍されるので、このカレントミラー回
路のカットオフ周波数を低く設定しても、コンデンサC2
の容量を大きくする必要がなく、大幅に小型化できる。
＜実施例＞ 以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。
ながら詳細に説明する。
本発明の一実施例を示した第１図において、第３図と
実質的に同機能のものには同一の符号を付してその説明
を簡略化し、本発明の要旨の理解を容易にする。そし
て、第３図と相違する点は、光電流から交流成分のみを
抽出する手段として、第３図の微分回路DCに代えて、一
方のトランジスタQ4のエミッタとベースとの間にコンデ
ンサC2を接続して積分機能を備えたカレントミラー回路
ICM1を設け、このカレントミラー回路ICM1を設けたこと
に伴って同一特性の２個のフォトトランジスタFD1,FD2
を当該カレントミラー回路ICM1に接続したのみである。
尚、カレントミラー回路ICM1は、トランジスタQ3,Q4お
よび抵抗R5,R6による衆知の回路構成に対し、一方のト
ランジスタQ4のコレクタとベースとの間にコンデンサC2
を接続してなる。
実質的に同機能のものには同一の符号を付してその説明
を簡略化し、本発明の要旨の理解を容易にする。そし
て、第３図と相違する点は、光電流から交流成分のみを
抽出する手段として、第３図の微分回路DCに代えて、一
方のトランジスタQ4のエミッタとベースとの間にコンデ
ンサC2を接続して積分機能を備えたカレントミラー回路
ICM1を設け、このカレントミラー回路ICM1を設けたこと
に伴って同一特性の２個のフォトトランジスタFD1,FD2
を当該カレントミラー回路ICM1に接続したのみである。
尚、カレントミラー回路ICM1は、トランジスタQ3,Q4お
よび抵抗R5,R6による衆知の回路構成に対し、一方のト
ランジスタQ4のコレクタとベースとの間にコンデンサC2
を接続してなる。
次に、前記実施例の動作について説明する。光信号を
受けて両フォトトランジスタFD1,FD2にそれぞれ発生す
る光電流I1，I2は、これらが共にカレントミラー回路IC
M1に接続されていることにより等しく、この光電流I1，
I2の各々の直流成分をIDCとし、交流成分をIACとする
と、I1（I2）＝IDC＋IACとなる。一方の光電流I1はその
ままトランジスタQ3に流れるが、トランジスタQ4のコレ
クタとベース間に接続されたコンデンサC2が積分動作を
行うために、トランジスタQ4には他方の光電流I2の直流
成分IDCのみが流れる。いま、トランジスタQ4に流れる
電流をI3とすると、I3＝IDCとなり、負荷抵抗R1に流れ
る電流I4は、I2＝I3＋I4を変形すると、I4＝I2−I3＝
（IDC＋IAC）−IDC＝IACとなる。即ち、負荷抵抗R1に
は、光電流I1と同一の光電流I2の交流成分IACのみが流
れ、この負荷抵抗R1の抵抗値をr1とすると、出力電圧V0
は、V0＝r1×IACとなり、交流成分のみが抽出される。
受けて両フォトトランジスタFD1,FD2にそれぞれ発生す
る光電流I1，I2は、これらが共にカレントミラー回路IC
M1に接続されていることにより等しく、この光電流I1，
I2の各々の直流成分をIDCとし、交流成分をIACとする
と、I1（I2）＝IDC＋IACとなる。一方の光電流I1はその
ままトランジスタQ3に流れるが、トランジスタQ4のコレ
クタとベース間に接続されたコンデンサC2が積分動作を
行うために、トランジスタQ4には他方の光電流I2の直流
成分IDCのみが流れる。いま、トランジスタQ4に流れる
電流をI3とすると、I3＝IDCとなり、負荷抵抗R1に流れ
る電流I4は、I2＝I3＋I4を変形すると、I4＝I2−I3＝
（IDC＋IAC）−IDC＝IACとなる。即ち、負荷抵抗R1に
は、光電流I1と同一の光電流I2の交流成分IACのみが流
れ、この負荷抵抗R1の抵抗値をr1とすると、出力電圧V0
は、V0＝r1×IACとなり、交流成分のみが抽出される。
ところで、前記実施例について、負荷抵抗R1に流し得
る最大の光電流I1，I2は、負荷抵抗R1の抵抗値に拘わら
ずカレントミラー回路ICM1に流し得る最大の電流値によ
って決定する。このカレントミラー回路ICM1は、原理的
にはトランジスタQ3のベース電流が抵抗R5に流れること
による該トランジスタQ3のコレクタ電位の上昇が直流駆
動電源Vccの直流電圧近くに達するまで動作可能である
が、実用レベルから考慮して、抵抗R5の両端電圧を最大
0.1V程度まで上昇させると仮定した場合、光電流I1，I2
の最大値IMAXは、抵抗R5の抵抗値を10kΩとし、トラン
ジスタQ3の電流増幅率を100とすると、IMAX＝（0.1Ω×
10kΩ）×100＝1mAとなり、第３図で述べた最大の光電
流である7.2μＡに対し約140倍となり、高感度とした場
合にも入力光電流のダイナミックレンジを格段に大きく
保つことができる。
る最大の光電流I1，I2は、負荷抵抗R1の抵抗値に拘わら
ずカレントミラー回路ICM1に流し得る最大の電流値によ
って決定する。このカレントミラー回路ICM1は、原理的
にはトランジスタQ3のベース電流が抵抗R5に流れること
による該トランジスタQ3のコレクタ電位の上昇が直流駆
動電源Vccの直流電圧近くに達するまで動作可能である
が、実用レベルから考慮して、抵抗R5の両端電圧を最大
0.1V程度まで上昇させると仮定した場合、光電流I1，I2
の最大値IMAXは、抵抗R5の抵抗値を10kΩとし、トラン
ジスタQ3の電流増幅率を100とすると、IMAX＝（0.1Ω×
10kΩ）×100＝1mAとなり、第３図で述べた最大の光電
流である7.2μＡに対し約140倍となり、高感度とした場
合にも入力光電流のダイナミックレンジを格段に大きく
保つことができる。
また、前記実施例増幅器をモノリシック集積回路化す
るに際してカットオフ周波数fcを第３図で述べた160kHz
に設定した時のコンデンサC2の容量について説明する
と、該コンデンサC2の容量ｃは、ミラー効果によってト
ランジスタQ4の電流増幅率倍されるので、このカレント
ミラー回路ICM1のカットオフ周波数fcを前述の通り160k
Ωとし、抵抗R6の抵抗値を10KΩとし、トランジスタQ4
の電流増幅率を100とすると、fc＝1/（２π×ｃ×100×
10kΩ）の式から、ｃ＝1pFとなり、第３図において述べ
た100pFに対し1/100となり、コンデンサC2を大幅に小型
化できる。
るに際してカットオフ周波数fcを第３図で述べた160kHz
に設定した時のコンデンサC2の容量について説明する
と、該コンデンサC2の容量ｃは、ミラー効果によってト
ランジスタQ4の電流増幅率倍されるので、このカレント
ミラー回路ICM1のカットオフ周波数fcを前述の通り160k
Ωとし、抵抗R6の抵抗値を10KΩとし、トランジスタQ4
の電流増幅率を100とすると、fc＝1/（２π×ｃ×100×
10kΩ）の式から、ｃ＝1pFとなり、第３図において述べ
た100pFに対し1/100となり、コンデンサC2を大幅に小型
化できる。
第２図は本発明の他の実施例を示し、コンデンサC3を
付設して積分機能を備えたカレントミラー回路ICM2を、
PNP形トランジスタQ5,Q6で構成し、フォトダイオードFD
を１個で構成したものである。カレントミラー回路ICM2
の抵抗R7,R8およびコンデンサC3は、第１図の抵抗R5,R6
およびコンデンサC2と同等のものである。このカレント
ミラー回路ICM2の各PNP形トランジスタQ5,Q6にそれぞれ
同一の電流を流すために、トランジスタQ7〜Q10を用い
て構成した同一特性のカレントミラー回路CM1,CM2を設
け、この各カレントミラー回路CM1,CM2を駆動するため
のダイオードＤと、フォトダイオードFDの光電流を増幅
するためのアンプＡを設けている。この構成の実施例で
は先に示した第１図に対応する実施例と同様の効果を得
ることができる。さらに、この実施例は先の実施例と比
較して、カレントミラー回路CM1,CM2が追加された構成
であるものの、光電変換素子が１個少ない構成であり、
光電変換素子のほうが大きなスペースをとることを考慮
すれば、小型化にさらに寄与することができる。
付設して積分機能を備えたカレントミラー回路ICM2を、
PNP形トランジスタQ5,Q6で構成し、フォトダイオードFD
を１個で構成したものである。カレントミラー回路ICM2
の抵抗R7,R8およびコンデンサC3は、第１図の抵抗R5,R6
およびコンデンサC2と同等のものである。このカレント
ミラー回路ICM2の各PNP形トランジスタQ5,Q6にそれぞれ
同一の電流を流すために、トランジスタQ7〜Q10を用い
て構成した同一特性のカレントミラー回路CM1,CM2を設
け、この各カレントミラー回路CM1,CM2を駆動するため
のダイオードＤと、フォトダイオードFDの光電流を増幅
するためのアンプＡを設けている。この構成の実施例で
は先に示した第１図に対応する実施例と同様の効果を得
ることができる。さらに、この実施例は先の実施例と比
較して、カレントミラー回路CM1,CM2が追加された構成
であるものの、光電変換素子が１個少ない構成であり、
光電変換素子のほうが大きなスペースをとることを考慮
すれば、小型化にさらに寄与することができる。
＜発明の効果＞ 以上のように本発明の交流増幅器によると、交流成分
の抽出手段として、積分機能を備えたカレントミラー回
路を設けたので、高感度とした場合にも入力光電流のダ
イナミックレンジを格段に大きくすることができる。
の抽出手段として、積分機能を備えたカレントミラー回
路を設けたので、高感度とした場合にも入力光電流のダ
イナミックレンジを格段に大きくすることができる。
また、モノリシック集積回路化する場合においてカッ
トオフ周波数を低く設定しても、コンデンサとして容量
の小さいものを使用できるので、大幅な小型化を達成す
ることができる。
トオフ周波数を低く設定しても、コンデンサとして容量
の小さいものを使用できるので、大幅な小型化を達成す
ることができる。
第１図は本発明の一実施例の電気回路図、 第２図は本発明の他の実施例の電気回路図、 第３図は従来の交流増幅器の電気回路図である。 FD,FD1,FD2…フォトダイオード（光電変換素子） ICM1,ICM2…カレントミラー回路 R1…負荷抵抗（電圧変換回路） I1，I2…光電流 IDC…直流成分 IAC…交流成分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/28
Claims (2)
- 【請求項１】交流成分と直流成分が混在した光信号を光
電変換した後に、この電気信号から交流成分のみを抽出
して増幅する交流増幅器において、光信号を受光して電
気信号に変換する２個の光電変換素子と、それぞれの光
電変換素子に接続されたトランジスタおよびこれらのト
ランジスタのうち一方のトランジスタのベースとコレク
タの間に接続されたコンデンサにより、上記電気信号か
ら交流成分のみを抽出する積分機能を備えたカレントミ
ラー回路と、このカレントミラー回路の出力電流を電圧
に変換する電圧変換回路とを具備してなることを特徴と
する交流増幅器。 - 【請求項２】交流成分と直流成分が混在した光信号を光
電変換した後に、この電気信号から交流成分のみを抽出
して増幅する交流増幅器において、光信号を受光して電
気信号に変換する光電変換素子と、その光電変換素子に
接続され、互いに等しい電流を出力する同一特性の２個
のカレントミラー回路と、これらのカレントミラー回路
からの出力電流がそれぞれ導入される２個のトランジス
タおよびこれらのトランジスタのうち一方のトランジス
タのベースとコレクタの間に接続されたコンデンサを備
えたカレントミラー回路と、このカレントミラー回路の
出力電流を電圧に変換する電圧変換回路とを具備してな
ることを特徴とする交流増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139462A JP2546912B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 交流増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139462A JP2546912B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 交流増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0432307A JPH0432307A (ja) | 1992-02-04 |
| JP2546912B2 true JP2546912B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=15245792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2139462A Expired - Fee Related JP2546912B2 (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 交流増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2546912B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009094291A (ja) | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Panasonic Corp | 光半導体装置及び赤外線データ通信装置 |
| JP5526935B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-06-18 | Ｔｄｋ株式会社 | 電流制御回路 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4498001A (en) * | 1982-07-26 | 1985-02-05 | At&T Bell Laboratories | Transimpedance amplifier for optical receivers |
| JPH01147533U (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-12 |
-
1990
- 1990-05-29 JP JP2139462A patent/JP2546912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0432307A (ja) | 1992-02-04 |
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