JPH0582144U - ダイオードドライバー回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイオードのＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り
換わるのに要する時間を短縮可能なダイオードドライバ
ー回路を提供する。 【構成】 ダイオードスイッチをＯＮまたはＯＦＦさせ
るために直流電圧及び電流をダイオードスイッチに印加
するドライバー回路において、ダイオードに順方向電圧
及び電流を印加してＯＮさせるために動作する第１トラ
ンジスタと、ダイオードに逆方向電圧及び電流を印加し
てＯＦＦさせるために動作する第２トランジスタとが設
けられ、かつ第１及び第２トランジスタそれぞれのベー
ス端子同士とコレクタ端子同士とがそれぞれ接続され、
さらに接続されたコレクタ端子にダイオードが接続され
ている構成。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ダイオードをスイッチ動作させるためのドライバー回路に関し、特 にピンダイオードを用いた移相器に使用して好適なドライバー回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、図４に示すような移相器を図５で示すドライバーで駆動制御するものが あった。図４における移相器はピンダイオードＤ１及びＤ２を有しフェイズドア レイアンテナに用いられる。

【０００３】 図４において、フェイズドアレイアンテナの各端子へ給電する電磁波の位相量 を変化させる方法として、伝送線路の反射条件（開放または短絡）の切り換えで 行っており、通常スイッチにはピンダイオードＤ１及びＤ２が用いられる。この ピンダイオードＤ１及びＤ２をＯＮまたはＯＦＦさせるには、このピンダイオー ドＤ１及びＤ２順方向または逆方向の直流電圧をかけて直流電流を流すことによ って行っており、一般に図５に示されるように外部から与えられる論理信号に対 し、規定の電圧及び電流値を出力するドライバー回路１を移相器２の外部に設け 、入力される論理信号によってドライバー回路１から出力される電圧の極性を変 えることにより、ピンダイオードＤ１及びＤ２をＯＮまたはＯＦＦさせている。 ここでのドライバー回路１の具体的一例を図６に示す。ただし、図６に示すダイ オードＤ３は移相器２内のピンダイオードを表しており、ドライバー回路１内に は存在せず、またＤ３は一個のみが図示されているが、実際には複数個接続され ている。

【０００４】 図６において、端子ＩＮ１に入力される論理信号が高レベル（Ｈ）のときはト ランジスタＴｒ１がＯＮしてピンダイオードＤ３に順方向電圧がかかり、順方向 電流Ｉ_F(1)が流れる。一方、端子ＩＮ１に低レベル（Ｌ）の信号が入力されると ピンダイオードＤ３に逆方向電圧がかかり、逆方向電流Ｉ_R(1)が流れる。ここで 抵抗Ｒ３は電流Ｉ_R(1)を制限し、抵抗Ｒ４は電流Ｉ_F(1)を制限するために設けら れる。また、電流Ｉ_R(1)は数百μＡであるのに対し、電流Ｉ_F(1)は数十ｍＡとな るので、抵抗Ｒ３及びＲ４はそれぞれ高抵抗及び低抵抗である。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ここで、トランジスタＴｒ１をＯＮまたはＯＦＦさせたときの切り換えに要す る時間について以下に考察する。ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換えられると、 ＯＦＦ状態の時にピンダイオードＤ３のＩ領域に存在した電荷がＯＮ状態になる と電流Ｉ_F(1)が数十ｍＡのため速やかに移動するのに対し、逆にＯＮ状態からＯ ＦＦ状態になる時は電流Ｉ_R(1)が数百μＡ以下のため、ピンダイオードＤ３のＩ 領域に存在する電荷は速やかに移動しない。このため、ＯＦＦ状態からＯＮ状態 になるのに要する時間よりもＯＮ状態からＯＦＦ状態になるのに要する時間の方 が大きくなるという不都合があった。

【０００６】 本考案の目的は、これら切り換えに要する時間のアンバランスを解消するため 、ＯＮ状態からＯＦＦ状態になるのに要する時間を短縮するためのドライバー回 路を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するため、ダイオードスイッチをＯＮまたはＯＦＦさ せるために直流電圧及び電流をダイオードスイッチに印加するドライバー回路に おいて、ダイオードに順方向電圧及び電流を印加してＯＮさせるために動作する 第１トランジスタと、ダイオードに逆方向電圧及び電流を印加してＯＦＦさせる ために動作する第２トランジスタとが設けられ、かつ第１及び第２トランジスタ それぞれのベース端子同士とコレクタ端子同士とがそれぞれ接続され、さらに接 続されたコレクタ端子にダイオードが接続された構成とする。

【０００８】

【作用】

本考案におけるドライバー回路は、接続された２つのトランジスタのベース端 子に、２つのトランジスタを動作させるために必要な論理信号を同時に入力し、 その論理信号に対応して２つのトランジスタのＯＮまたはＯＦＦの切り換えを同 時に行うように作用する。ただし、２つのトランジスタは一方がＯＮならば他方 はＯＦＦとなる。このような動作によって、入力された論理信号に対応して２つ のトランジスタの状態切り換えに要する時間のアンバランスが解消され得る。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例につき図１から図３を参照して詳細に述べる。 図１は、ピンダイオードＤ４のアノードが接地されている移相器を動作するの に必要なドライバー回路を示す。トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３はそれぞれＰＮＰ 型トランジスタとＮＰＮ型トランジスタであり、トランジスタＴｒ２及びＴｒ３ のコレクタ・エミッタ間飽和電圧は電源電圧に対し十分小さいものとする。 ま た、抵抗Ｒ５及びＲ６はそれぞれトランジスタＴｒ２を動作するのに必要な抵抗 であり、また抵抗Ｒ７，Ｒ８はそれぞれトランジスタＴｒ３を動作させるために 必要な抵抗である。抵抗Ｒ９は、ピンダイオードＤ４の順方向電流Ｉ_F(2)を調整 するための抵抗である。

【００１０】 端子ＩＮ２には論理信号が入力され、この信号のレベル状態によりトランジス タＴｒ２及びＴｒ３が切り換えられる。ここで、端子ＩＮ２にＬレベルの信号が 入力した時、トランジスタＴｒ２のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE(2) が次のもの となる。 Ｖ_BE(2)＞Ｖｓ

【００１１】 ただし、Ｖｓはコレクタ・エミッタ間を飽和状態に保つに必要なベース電流を 供給できるベース・エミッタ間電圧であり、例えばシリコントランジスタの場合 約０．６ボルトが適当である。

【００１２】 一方、入力信号がＨレベルであった時、 Ｖ_BE(2)＜Ｖｓ となるように抵抗Ｒ５及びＲ６を調整する。またＬレベルの信号を入力した時、 トランジスタＴｒ３のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE(3) が、 Ｖ_BE(3)＜Ｖｓ となり、Ｈレベルの信号を入力した時、 Ｖ_BE(3)＞Ｖｓ となるように抵抗Ｒ７及びＲ８を調整する。

【００１３】 端子ＩＮ２にＬレベルの論理信号が入力すると、点α，βの接地に対する電圧 は下降するが、ドライバー回路の電源電圧（＋Ｖ₂ ，−Ｖ₂ ）は、端子ＩＮ２の レベルに拘らず一定である。よって、電圧Ｖ_BE(2) は上昇し、電圧Ｖ_BE(3) は下 降する。そして、電圧Ｖ_BE(2) 及び電圧Ｖ_BE(3) が Ｖ_BE(2)＞Ｖｓ 及び Ｖ_BE(3)＜Ｖｓ となることにより、トランジスタＴｒ２及びＴｒ３はそれぞれＯＮ及びＯＦＦす る。よって、ダイオードＤ４には逆方向電流Ｉ_R(2)が流れる。このときＯＵＴ２ に表れる電圧Ｖ_OUT(2)は Ｖ_OUT(2)＝（＋Ｖ₂）＋Ｖ_CE(2)−Ｒ９・Ｉ_R(2) となる。

【００１４】 ここで、電流Ｉ_R(2)は前に述べたように数百μＡであり、またトランジスタＴ ｒ２のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CE(2) は、コレクタ・エミッタ間飽和電圧が 十分小さいことにより

【００１５】

【数１】

【００１６】

【数２】

【００１７】 となる。よって、

【００１８】

【数３】

【００１９】 となり、移相器内のピンダイオードＤ４にかかる逆方向電圧は、入力正電源電圧 ＋Ｖ₂ の値となる。

【００２０】 一方、端子ＩＮ２にＨレベルの論理信号を入力すると、点α，βの接地に対す る電圧は上昇するのに対し、ドライバー回路の電源電圧（＋Ｖ₂ ，−Ｖ₂ ）は常 に一定であるため、Ｖ_BE(2) は下降し電圧Ｖ_BE(3) は上昇する。そして、 Ｖ_BE(2)＜Ｖｓ 及び Ｖ_BE(3)＜Ｖｓ となるので、トランジスタＴｒ２及びＴｒ３がそれぞれＯＦＦ及びＯＮする。よ って、ピンダイオードＤ４には順方向電流Ｉ_F(2)が流れる。このときＯＵＴ２に 表れる電圧Ｖ_OUT(2)は、 Ｖ_OUT(2)＝（−Ｖ₂）＋Ｖ_CE(3)＋Ｒ９・Ｉ_F(2) となる。

【００２１】 ここでトランジスタＴｒ３のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CE(3) は、コレクタ ・エミッタ間飽和電圧が十分小さいことにより、次のようになる。

【００２２】

【数４】

【００２３】 また、電圧Ｖ_OUT(2)はピンダイオードＤ４の順方向電圧であるが、この値のい かんに拘わらず一定（約０．６Ｖ）である。よって、移相器内のピンダイオード Ｄ４に流れる順方向電流Ｉ_F(2)は、 Ｉ_F(2)＝−（（−Ｖ₂）＋Ｋ）／Ｒ９ ただし、 Ｋ＝Ｖ_OUT(2)（約０．６Ｖ） となり、入力負電源電圧−Ｖ₂ と抵抗Ｒ９により定まる。

【００２４】 ここで、本考案によるダイオードドライバー回路が従来のドライバー回路より も優れている点について以下に述べる。 図６及び図１のそれぞれに示す回路において、図６の回路では入力端子ＩＮ１ に、図１の回路では入力端子ＩＮ２に、図２に示す方形波の波形をした論理信号 を入力し、図６のＯＵＴ１，図１のＯＵＴ２に表れる出力電圧Ｖ_OUT(1)，Ｖ_{OUT( 2)} を図２に、横軸を時間、縦軸を電圧値として表示する。

【００２５】 図２において、（Ａ）点で入力論理信号はＬレベルからＨレベルになる。この とき、図６のピンダイオードＤ３、図１のピンダイオードＤ４には前に述べたよ うに、かかる電圧が逆方向から順方向へ変化する。このとき、切り換わるのに寄 与する部品は、図６においては、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｔｒ１，Ｄ３であり、図１ においては、Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｔｒ３，Ｄ４となる。したがって、入力負電圧 −Ｖ₁ ，−Ｖ₂ が同一電圧、トランジスタＴｒ１及びＴｒ３が同一品種のトラン ジスタで、ピンダイオードＤ３，Ｄ４が同一品種のダイオードを用いれば、抵抗 Ｒ１とＲ７、抵抗Ｒ２とＲ８、抵抗Ｒ４とＲ９の抵抗値は同−値となり、図６と 図１の全く同じ部分の回路が動作することになる。ここで、ピンダイオードＤ３ ，Ｄ４がＯＮ状態に切り換わるのに要する時間ｔ_on(1) ，ｔ_on(2) は、 ｔ_on(1) ＝ ｔ_on(2) と同一となる。

【００２６】 次に入力論理信号がＨレベルからＬレベルに変化した時、（Ｄ）点について考 察する。このとき、ピンダイオードＤ３，Ｄ４の両端にかかる電圧は順方向から 逆方向へと変化するが、この変化に寄与する部品は、図６においては、Ｒ３，Ｒ ４，Ｄ３であり、図１においては、Ｒ５，Ｒ６，Ｒ９，Ｔｒ２，Ｄ４となる。こ こで、抵抗Ｒ４とＲ９，ピンダイオードＤ３とＤ４は同一部品であるが、図６に おける抵抗Ｒ３は図１の抵抗Ｒ５，Ｒ６，トランジスタＴｒ２に対応するため、 図６の回路と図１の回路は全く異なっている。よってピンダイオードＤ３，Ｄ４ がＯＦＦ状態に切り換わるのに要する時間ｔ_off(1)，ｔ_off(2)は、 ｔ_off(1) ＝ ｔ_off(2) となる。そこで次に時間ｔ_off(1)と時間ｔ_off(2)の大きさを比較する。

【００２７】 ピンダイオードＤ３がＯＦＦ状態に切り換わるのに要する時間ｔ_off(1)は、順 方向電流Ｉ_F(1)と逆方向電流Ｉ_R(1)、並びにピンダイオードＤ３のＩ領域に存在 するキャリアの平均寿命時間τ₍₁₎ に依存し、 ｔ_off(1)＝（（Ｉ_F(1)）／（Ｉ_R(1)））・τ₍₁₎ で表される。

【００２８】 一方、ピンダイオードＤ４がＯＦＦ状態に切り換わるのに要する時間ｔ_off(2) は、トランジスタＴｒ２をスイッチング動作させた時の蓄積時間ｔ_stg(2)と立ち 下がり時間ｔ_f(2)に依存するので、 ｔ_off(2)＝ｔ_stg(2)＋ｔ_f(2) で表される。

【００２９】 ここで、順方向電流Ｉ_F(1)は数十ｍＡ、逆方向電流Ｉ_R(1)は数百μＡ以下、τ ₍₁₎ は数百μｓとなるため、ｔ_off(1)は数十μｓになるのに対し、ｔ_stg(2)，ｔ _f(2) は数百ｍｓであるため、ｔ_off(2)は数μｓ以下となる。よって、 ｔ_off(1) ＞ ｔ_off(2) となり、図１の回路の方が従来の図６の回路よりも高速で切り換えることが可能 となる。

【００３０】 以上より、本考案によるダイオードドライバー回路は、従来の回路よりも、ス イッチの切り換えが高速にできることが証明できる。

【００３１】 以上述べた実施例では、移相器内のピンダイオードがアノード接地の場合のド ライバー回路について述べたが、移相器内のピンダイオードがカソード接地の場 合についても、同様な回路にて実施することができる。この場合のドライバー回 路を図３に示すが、図１に示すトランジスタでＴｒ２をＮＰＮ型トランジスタに 、Ｔｒ３をＰＮＰ型トランジスタに変更し、入力電源の極性を逆にする（＋Ｖ₂ →−Ｖ₃ ，−Ｖ₂ →＋Ｖ₃ ）ことにより、抵抗Ｒ５〜Ｒ９は抵抗Ｒ１５〜Ｒ１９ に対応でき、アノード接地の場合と同様の説明ができる。

【００３２】 以上、図１においてトランジスタＴｒ２とＴｒ３、図３においてトランジスタ Ｔｒ１２とＴｒ１３のそれぞれ２つのトランジスタが、交互にＯＮまたはＯＦＦ することにより移相器内のピンダイオードの直流バイアス電圧を切り換えている ことについての説明を行ったが、切り換えている最中の僅かな時間内で、トラン ジスタＴｒ２とＴｒ３、またはトランジスタＴｒ１２とＴｒ１３のそれぞれ２つ のトランジスタの両方が同時にＯＮまたはＯＦＦするといった現象が生じる可能 性があり得る。両方のトランジスタともＯＦＦ状態のときは、移相器及びドライ バー回路には特に問題は生じないが、両方のトランジスタが同時にＯＮすると （正電源）→（Ｔｒ２（またはＴｒ１３）のエミッタ）→（Ｔｒ２（またはＴｒ １３）のコレクタ）→（Ｔｒ３（またはＴｒ１２）のコレクタ）→（Ｔｒ３（ま たはＴｒ１２）のエミッタ）→（負電源） の経路で大電流が流れ、トランジスタＴｒ２（またはＴｒ１３）、及びトランジ スタＴｒ３（またはＴｒ１２）を破壊する恐れがある。

【００３３】 しかし実際には、トランジスタＴｒ２（またはＴｒ１２）がＯＮしたときのコ レクタ電流がピンダイオードＤ４（またはＤ５）の逆方向電流Ｉ_R(2)（またはＩ _R(3) ）になるように抵抗Ｒ５，Ｒ６（またはＲ１７，Ｒ１８）の値を決めている ため、両方のトランジスタがＯＮしてしまうときがあってもトランジスタを破壊 することはない。

【００３４】 なお、以上述べた実施例は移相器のドライバー回路についてであるが、本考案 は移相器に限らず、ダイオードに与える直流バイアス電圧を切り換えることによ りダイオードが導通または不通になることを利用したダイオードスイッチ全般に わたり使用することができる。また、ここでスイッチとして用いるダイオードは 、ピンダイオードでなくてもダイオードであれば、材質がシリコン、ゲルマニウ ム、ガリウムヒ素を例とする化合物半導体の如何なるものであっても動作可能で ある。

【００３５】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、ダイオードスイッチに与える直流バイアス 電圧の極性を切り換えてダイオードスイッチを開閉させる際に、必要な時間を短 縮することができるため、従来切り換え時間の問題で高速動作ができなかったフ ェイズドアレイアンテナのビーム走査が高速で動作可能となる優れた効果を達成 することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すドライバー回路図であ
る。

【図２】アノード接地型移相器のドライバースイッチン
グ特性を示すグラフである。

【図３】カソード接地型移相器のドライバー回路を示す
図である。

【図４】従来の移相器を示す図である。

【図５】図４に示す移相器とドライバー回路との接続を
示す図である。

【図６】従来のドライバー回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１ ドライバー回路 ２ 移相器 Ｔｒ２，Ｔｒ３ トランジスタ ＩＮ２ 入力端子 ＯＵＴ２ 出力端子 ＋Ｖ₂，−Ｖ₂ 電源電圧 Ｄ４ ダイオード Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７ 抵抗 Ｒ８，Ｒ９ 抵抗

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイオードスイッチをＯＮまたはＯＦＦ
   させるために直流電圧及び電流を該ダイオードスイッチ
   に印加するドライバー回路において、該ダイオードに順
   方向電圧及び電流を印加してＯＮさせるために動作する
   第１トランジスタと、該ダイオードに逆方向電圧及び電
   流を印加してＯＦＦさせるために動作する第２トランジ
   スタとが設けられ、かつ前記第１及び第２トランジスタ
   それぞれのベース端子同士とコレクタ端子同士とがそれ
   ぞれ接続され、さらに該接続されたコレクタ端子に該ダ
   イオードが接続されていることを特徴とするダイオード
   ドライバー回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ダイオードドラ
   イバー回路の入力端子に低レベル信号が入力した時、前
   記第１トランジスタのベース・エミッタ間電圧が所定電
   圧を越え、かつ第２トランジスタのベース・エミッタ間
   電圧が前記所定電圧以下となることを特徴とするダイオ
   ードドライバー回路。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記ダイオードドラ
   イバー回路の入力端子に高レベル信号が入力した時、前
   記第１トランジスタのベース・エミッタ間電圧が所定電
   圧以下となり、かつ前記第２トランジスタのベース・エ
   ミッタ間電圧が前記所定電圧を越えることを特徴とする
   ダイオードドライバー回路。