JPH08236815A - 発光回路 - Google Patents

発光回路

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JPH08236815A
JPH08236815A JP29063895A JP29063895A JPH08236815A JP H08236815 A JPH08236815 A JP H08236815A JP 29063895 A JP29063895 A JP 29063895A JP 29063895 A JP29063895 A JP 29063895A JP H08236815 A JPH08236815 A JP H08236815A
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JP29063895A
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Gabriel L Miller
エル．ミラー ガブリエル
Eric R Wagner
アール．ワグナー エリック
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26—Current mirrors
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    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B10/501—Structural aspects
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/50—Transmitters
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＥＤ用カスケード式乗数電流ミラードライ
ブを提供する。 【解決手段】 入力パルスを応答して、過不足のない電
流の量で発光ダイオードを駆動する回路を開示する。入
力パルスはトランジスタを飽和状態に駆動して、このト
ランジスタのコレクタ電流は２つのカスケード式乗数電
流ミラーを用いることにより増加される。第２電流ミラ
ーは直接に発光ダイオードを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）の素子回路に関する。特に、通信システムの一部
としての手持ち型装置に使用されるＬＥＤの素子回路に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＤは光ファイバに関連する多くの通
信システムにおいて発光源として使用されている。すべ
てのこれらのシステムは時間的に安定な電圧源または電
流源により駆動される。このようなシステムにおけるＬ
ＥＤからの光出力は、ＬＥＤの劣化に起因する変化を除
いて、時間につれて変化しない。
【０００３】ＬＥＤは手持ち型バッテリ駆動装置に利用
される。これは例えばテレビやビデオ（ＶＴＲ）のリモ
コンのような装置である。これらの装置においては、Ｌ
ＥＤは単純に装置を駆動するバッテリに沿ったトランジ
スタスイッチと抵抗とに直列に配置している。所望の装
置をリモート制御するために、トランジスタスイッチは
トリガ方式で適切のコードにより開閉する。バッテリが
新しいとき、ＬＥＤは高い光出力パワーを生成するが、
バッテリの放電につれて、光パワーは急激に減少する。
（これは、ＬＥＤを流れる電流が約指数的に駆動電圧に
依存するからである。このため、バッテリの使用および
消耗につれて、わずかの駆動電圧の降下が大幅の光出力
の低下をもたらす。）しかしながら、これらのリモコン
は単に短い光パワーの出力バーストを生成するため、バ
ッテリの急激の消耗が起こらない。もし、ＬＥＤが長期
間にわたって光出力パワーをＬＥＤにより提供する通信
システムに利用される場合、バッテリから直接にトラン
ジスタスイッチを抵抗に直列するＬＥＤの単純な駆動方
法は好ましくない。それは、バッテリが急激に放電さ
れ、システムは不適当な光出力パワーにより機能しない
からである。そのため、バッテリの寿命の間にＬＥＤに
ある程度定常の電流を供給することが望まれている。こ
れは、単に長い寿命のバッテリの使用の問題だけではな
く、信頼性ある機能を有する通信システムを提供するこ
とでもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、バッテリ駆動の手持ち型装置からバッテリの寿命の
間にわたって安定な光出力パワーを生成することのでき
るＬＥＤ素子回路を提供することである。また、本発明
のさらなる目的は、数メガビット／秒という高速でＬＥ
Ｄに駆動パルスを配送することのできる上記ＬＥＤ素子
回路を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明はカスケード式乗数電流ミラーによりＬＥＤ
を駆動することを提供する。伝送される情報は出力パル
スの形でスイッチングトランジスタのベースに入力され
る。入力パルスによりオンに切り替えた（飽和状態に駆
動した）スイッチングトランジスタは２個の乗数電流ミ
ラーのうちの最初の１個の乗数電流ミラーに基準電流を
生じ、この第１乗数電流ミラーにより生じた電流は第２
乗数電流ミラーに基準電流として使用され、第２乗数電
流ミラーにより生じた電流はＬＥＤを駆動する電流とし
て使用される。
【０００６】本発明の第１及び第２の電流ミラーは相補
形トランジスタを構成する。その結果として、第１電流
ミラーの出力トランジスタはバッテリに沿って、第２電
流ミラーの入力トランジスタに直列に配置する（ダイオ
ードとして接続する）ことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１において、入力データが電流
源１０１から入来する。図１のパルス１０２に示される
ように、各入力パルスは約１ｍａ（ミリアンペア）の駆
動電流をＮＰＮトランジスタ１０３のベース電極に配送
する。入力電流のごく一部は抵抗１０４にも流れるが、
これは回路の全体の機能に対して大きな影響を与えな
い。ＮＰＮトランジスタ１０３のエミッタ電極は接地電
位１１７にも接続され、各入力パルスはＮＰＮトランジ
スタ１０３をオンに切り替え、飽和状態にする。抵抗１
０４は、ＮＰＮトランジスタ１０３のベース電極と接地
電位１１７との間に接続され、入力パルスが終了して電
流源１０１がベース電極にゼロ電流を配送する場合、Ｎ
ＰＮトランジスタ１０３をオフに高速で切り替える。
【０００８】ＮＰＮトランジスタ１０３のコレクタ電極
は抵抗１０５を介してトランジスタ１０６のコレクタ電
極とベース電極に接続され、トランジスタ１０６のエミ
ッタ電極は抵抗１０７を介して端子１０８に接続され
る。この端子１０８は＋Ｖbの電位を有するバッテリの
正端に接続される。バッテリの負端は接地電位１１７に
接続される。本実施形態においては、手持ち型装置は直
列に接続した３つの１．５ボルトのＡＡバッテリにより
駆動され、初期バッテリ電圧Ｖbは約４．５ボルトに等
しい。回路はバッテリの電圧が３．５ボルトに放電する
まで動作するよう決められ、そのため、約＋４．０ボル
トの公称電圧が端子１０８に接続される。
【０００９】図１に示すように、トランジスタ１０６が
ダイオードとして接続されて、ＮＰＮトランジスタ１０
３は入力データパルスにより飽和に駆動される場合、電
流が端子１０８から抵抗１０７とトランジスタ１０６と
抵抗１０５を通して基本的にバッテリ電圧Ｖbの値と抵
抗１０５と１０７の和の抵抗値に依存した量で流れる。
ダイオード接続トランジスタ１０６上の電圧は約０．７
ボルトとなり、ＮＰＮトランジスタ１０３上の飽和電圧
降下は一般的に０．１ボルト以下であるため、その両者
ともバッテリ電圧Ｖbに比べて小さい。この実施形態に
おいては、ＮＰＮトランジスタ１０３がオンにあると
き、抵抗１０５を流れる電流は公称では約１．６ｍａに
等しい。
【００１０】トランジスタ１０６のベース電極はトラン
ジスタ１１１のベース電極に接続され、このトランジス
タ１１１のエミッタ電極は抵抗１１０を介して正電位源
１０８に接続される。トランジスタ１１１はトランジス
タ１０６の種類と同じであるため、一致する特性を有す
る。当業者は、点線で囲んだ１１８の要素を電流ミラー
と称する。抵抗１０７と１１０が等しい抵抗値を持って
いるならば、トランジスタ１１１のコレクタから流出す
る電流はトランジスタ１０６のコレクタから流出する電
流と等しくなる。本実施形態においては、抵抗１１０は
抵抗１０７の１／６の抵抗値を持っており、この環境に
おいてトランジスタ１１１のコレクタから流出する電流
はトランジスタ１０６のコレクタから流出する電流の６
倍、すなわち、約（６ｘ１．６ｍａ＝）９ｍａとなる。
この乗法効果により、点線で囲んだ１１８の要素は乗数
電流ミラーと称され、それに対してトランジスタ１０６
のコレクタから流出する電流は基準電流であり、トラン
ジスタ１１１のコレクタから流出する電流は出力電流で
ある。電流ミラーの乗法効果（出力電流と基準電流との
比）は電流ミラーゲインとして記述される。電流ミラー
段のゲインが使用されるトランジスタのβ値よりはるか
に小さい限り、このゲインは簡単な抵抗比、Ｒ１０７／
Ｒ１１０により与えられる。ここでの記述において、ト
ランジスタ１０６と１１１に対して個別のトランジスタ
について述べたが、完全に集積した乗数電流ミラーを製
造することも可能である。これは一般的に単純にトラン
ジスタ１０６と１１１の面積の比例により製造され、所
望の乗法効果が得られる。抵抗１０７と１１０はこの場
合不必要となる。
【００１１】２つのＬＥＤから所望の光出力パワーを得
るためには、ここではその駆動電流は約８０ｍａである
ことにする。ＮＰＮトランジスタ１０３からの１．６ｍ
ａの駆動電流を単一の電流ミラーにおける８０ｍａに変
換するためには、電流ミラーに対して約５０のゲインを
要求する。これは理論上では極めて大きなβ値（５００
またはこれ以上）を有するトランジスタを使用すれば可
能であるが、実際のトランジスタは約１００のβ値を有
するため、本発明では第２段の乗数電流ミラーを使用す
る。
【００１２】トランジスタ１１１のコレクタからの電流
はトランジスタ１１２のコレクタ電極に接続され、この
トランジスタ１１２のエミッタ電極は抵抗１１３を介し
て接地電位１１７に接続される。トランジスタ１１２の
コレクタはそのベース電極とトランジスタ１１５のベー
ス電極にも接続される。トランジスタ１１５のエミッタ
電極は抵抗１１６を介して接地電位１１７に接続され
る。この構成においては、要素１１２と１１３と１１５
と１１６は電流ミラー（点線で囲んだ１１９）を構成
し、トランジスタ１１５のコレクタ電流はトランジスタ
１１２のコレクタ電流に関係する。本実施形態において
は、抵抗１１６の抵抗値は抵抗１１３の抵抗値の１／１
０に等しい。また電流ミラー１１９は乗数電流ミラーで
もある。トランジスタ１１１のコレクタの９ｍａの出力
電流の約８ｍａはトランジスタ１１２のコレクタ電極に
向けて流れるため、トランジスタ１１５のコレクタへ流
れる電流は約１０ｘ８＝８０ｍａである。
【００１３】抵抗１０９はトランジスタ１０６と１１１
のベース電極と端子１０８との間に接続されて、入力駆
動電流がオフに変わることによりＮＰＮトランジスタ１
０３が飽和状態から脱するときに、これらのトランジス
タを高速にオフに変えさせる。同様に、抵抗１１４はト
ランジスタ１１２と１１５のベース電極と接地電位１１
７との間に接続され、入力データパルスが終了する時点
で、これらのトランジスタを高速にオフに変えさせる。
【００１４】発光ダイオード（ＬＥＤ）１２０と１２１
は端子１０８の正電位とトランジスタ１１５のコレクタ
との間に接続される。これらのＬＥＤの極性は、トラン
ジスタ１１５のコレクタへ流れる８０ｍａの電流により
２つのダイオードともに正向バイアスをかけ、発光させ
るようにする。２つのダイオードを駆動する理由は、１
つのダイオードが広い放射パターン（部屋に頂上散乱を
最大にする）を有するよう選択され、もう１つのダイオ
ードが高度方向性パターン（視野通信の範囲を最長にす
る）を有するよう選択されるからである。２つのＬＥＤ
とも同様な効率を有するため、等しい数の光子が各入力
パルスにおいて各放射パターンに送り出され、"footbal
l plus spike"の光パワー分布の効果が得られる。
【００１５】回路が集積回路チップ上で提供される場
合、乗法効果を生成するために抵抗を異なる値を有させ
る代わりに、抵抗は同一の抵抗値を持ち、乗法効果は異
なるエミッタの面積を持つトランジスタを有することに
より提供される。例えば、トランジスタ１１１のエミッ
タ面積はトランジスタ１０６のエミッタ面積の６倍を有
するよう製造され、それによって得られる電流ミラーは
同様な乗法効果を提供することができる。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、単
純且つ非常に有効なＬＥＤ駆動回路が構築され、バッテ
リの寿命の間にわたって規定したＬＥＤ駆動電流を提供
することができる。また、この回路は超高速、秒当たり
に数メガビットの速度までＬＥＤに駆動パルスを配送す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により構築したＬＥＤ駆動回路を表す回
路図。
【符号の説明】
１０１ 電流源 １０２ パルス １０３ ＮＰＮトランジスタ １０４、１０５ 抵抗 １０６ トランジスタ １０７ 抵抗 １０８ 端子 １０９、１１０ 抵抗 １１１、１１２、１１５ トランジスタ １１３、１１４、１１６ 抵抗 １１７ 接地電位 １１８、１１９ 乗数電流ミラー １２０、１２１ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
フロントページの続き (72)発明者 エリック アール．ワグナー アメリカ合衆国，07080 ニュージャージ ー，サウス プレインフィールド，ラーウ ェイ アヴェニュー 400

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力パルスに応答して光放射を提供する
    パワー供給源による動作回路において、 基準電流入力と、出力と、パワー入力とを各々有する第
    １と第２電流ミラーと、 前記入力パルスに応答して、前記第１電流ミラーの前記
    基準電流入力で電流を生成する生成手段と、 前記パワー供給源の一端の端子を前記第１電流ミラーの
    パワー入力に接続し、前記パワー供給源の他端の端子を
    前記第２電流ミラーのパワー入力に接続する手段と、 前記第１電流ミラーの出力での電流を前記第２電流ミラ
    ーの基準電流入力に入力する入力手段と、 前記パワー供給源の前記一端の端子と前記第２電流ミラ
    ーの出力との間に接続した発光手段とを含むことを特徴
    とする発光回路。
  2. 【請求項２】 前記第１電流ミラーと第２電流ミラーの
    各々は、エミッタとベースとコレクタの電極を各々有す
    る第１トランジスタと第２トランジスタを含み、 前記第１電流ミラーの前記第１トランジスタおよび第２
    トランジスタと、前記第２電流ミラーの第１トランジス
    タおよび第２トランジスタとは、互いに逆の伝導型であ
    ることを特徴とする請求項１の回路。
  3. 【請求項３】 前記第１電流ミラーと第２電流ミラーの
    各々は、第１と第２抵抗をさらに含み、 前記第１抵抗は、前記第１トランジスタのエミッタ電極
    とその対応する電流ミラーのパワー入力との間に接続さ
    れ、 前記第２抵抗は、前記第２トランジスタのエミッタ電極
    とその対応する電流ミラーのパワー入力との間に接続さ
    れ、 前記第２抵抗は、前記第１抵抗の分数値を有することを
    特徴とする請求項２の回路。
  4. 【請求項４】 前記第１トランジスタのベース電極は、
    直接に第２トランジスタのベース電極に接続され、 前記第１電流ミラーと第２電流ミラーは各々前記ベース
    電極とその対応する電流ミラーのパワー入力との間に接
    続された第３抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項
    ３の回路。
  5. 【請求項５】 前記入力パルスに応答して、前記第１電
    流ミラーの前記基準電流入力で電流を生成する前記生成
    手段は、 前記エミッタ電極が直接に前記パワー供給源の他端の端
    子に接続された、エミッタとベースとコレクタ電極を有
    する逆の伝導型のトランジスタと、 前記入力パルスを前記生成手段のトランジスタのベース
    電極に接続する手段と、 前記生成手段のトランジスタのコレクタ電極を前記第１
    電流ミラーの基準入力に接続する手段とを含むことを特
    徴とする請求項３の回路。
  6. 【請求項６】 入力パルスに応答して、光放射を提供す
    るパワー供給源による動作回路において、 ベースとエミッタとコレクタ電極を有するトランジスタ
    と、 前記トランジスタを導通状態に駆動するよう、前記入力
    パルスを前記トランジスタのベースとエミッタ電極に入
    力する手段と、 入力と、出力と、パワー端子とを有する第１乗数電流ミ
    ラーと、 前記第１乗数電流ミラーの前記パワー端子を前記パワー
    供給源の１つの端子に接続する手段と、 前記トランジスタの前記コレクタとエミッタ電極を前記
    第１乗数電流ミラーの前記入力端子と前記パワー供給源
    の他端の端子との間に接続する手段と、 入力と、出力と、パワー端子とを有する第２乗数電流ミ
    ラーと、 前記第１乗数電流ミラーの前記出力端子を前記第２乗数
    電流ミラーの入力端子に接続する手段と、 前記第２乗数電流ミラーの前記パワー端子を前記パワー
    供給源の他端の端子に接続する手段と、 前記パワー供給源の前記一端と前記第２乗数電流ミラー
    の出力端子との間に接続した発光手段とを含むことを特
    徴とする発光回路。
  7. 【請求項７】 前記第１乗数電流ミラーと第２乗数電流
    ミラーの各々は、エミッタとベースとコレクタの電極を
    有する第１トランジスタと第２トランジスタを含み、 前記第１電流ミラーの前記第１トランジスタおよび第２
    トランジスタと、前記第２電流ミラーの第１トランジス
    タおよび第２トランジスタとは、互いに逆の伝導型であ
    ることを特徴とする請求項６の回路。
  8. 【請求項８】 前記第１乗数電流ミラーと第２乗数電流
    ミラーの各々は、第１抵抗と第２抵抗をさらに含み、 前記第１抵抗は、前記第１トランジスタのエミッタ電極
    とその対応する電流ミラーのパワー入力との間に接続さ
    れ、 前記第２抵抗は、前記第２トランジスタのエミッタ電極
    とその対応する電流ミラーのパワー入力との間に接続さ
    れ、 前記第２抵抗は、前記第１抵抗の分数値を有することを
    特徴とする請求項７の回路。
  9. 【請求項９】 入力パルスに応答して、光放射を提供す
    るパワー供給源による動作回路において、 エミッタとベースとコレクタ電極を有するトランジスタ
    は、そのベースが直接にコレクタに接続して、ダイオー
    ドとして機能する第１トランジスタと、 前記第１トランジスタのエミッタと前記パワー供給源の
    １つの端子との間に接続された第１抵抗と、 エミッタとベースとコレクタ電極を有する第２トランジ
    スタと、 前記第１トランジスタのベースを直接に前記第２トラン
    ジスタのベースに接続する手段と、 ダイオードとして機能する第１トランジスタと、 前記第２トランジスタのエミッタと前記パワー供給源の
    前記１つの端子との間に接続された第２抵抗と、 前記第１トランジスタのコレクタから出力する所定量の
    電流を前記パワー供給源の他端の端子に入力するため
    に、前記入力パルスに応答する手段と、 陽極から陰極に流れる電流に応答して光放射を生成する
    ために、前記陽極は直接に前記パワー供給源の前記１つ
    の端子に接続される、前記陽極と前記陰極とを有する発
    光ダイオード手段と、 前記発光手段の陰極から出力する所定量の電流を前記パ
    ワー供給源の他端の端子に入力するために、前記第２ト
    ランジスタのコレクタから出力する電流に応答する手段
    とを含むことを特徴とする発光回路。
  10. 【請求項１０】 前記発光手段の陽極から出力する所定
    量の電流を入力する前記手段は、 エミッタとベースとコレクタ電極を有し、そのベースが
    直接にコレクタに接続して、ダイオードとして機能する
    第３トランジスタと、 前記第３トランジスタのエミッタと前記パワー供給源の
    他端の端子との間に接続された第３抵抗と、 エミッタとベースとコレクタ電極を有する第４トランジ
    スタと、 前記第３トランジスタのベースを直接に前記第２トラン
    ジスタのベースに接続する手段と、 前記第４トランジスタのエミッタと前記パワー供給源の
    他端の端子との間に接続された第４抵抗と、 前記第４トランジスタのコレクタを直接に前記発光手段
    の陰極に接続する手段とを含むことを特徴とする請求項
    ９の回路。
  11. 【請求項１１】 前記第１トランジスタのベースと前記
    パワー供給源の前記１つの端子との間に接続される第５
    抵抗と、 前記第３トランジスタのベースと前記パワー供給源の前
    記他端の端子との間に接続される第６抵抗とをさらに有
    することを特徴とする請求項１０の回路。
  12. 【請求項１２】 前記第１トランジスタのコレクタから
    出力する所定量の電流を前記パワー供給源の他端の端子
    に入力するために、前記入力パルスに応答する前記手段
    は、 エミッタとベースとコレクタ電極を有し、そのエミッタ
    が直接に前記パワー供給源の他端の端子に接続される第
    ５トランジスタと、 入力パルスが前記第５トランジスタを飽和状態に駆動す
    るよう、前記入力パルスを第５トランジスタのベースに
    入力する手段と、 前記第５トランジスタのコレクタ電流が前記第１トラン
    ジスタのコレクタから出力されるよう、前記第５トラン
    ジスタのコレクタを前記第１トランジスタのコレクタに
    接続する手段とを含むことを特徴とする請求項１０の回
    路。
JP29063895A 1994-10-13 1995-10-13 発光回路 Pending JPH08236815A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/322,886 US5701133A (en) 1994-10-13 1994-10-13 Cascaded multiplying current mirror driver for LED's
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