JPH1093143A - Led駆動回路 - Google Patents

Led駆動回路

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JPH1093143A
JPH1093143A JP24663896A JP24663896A JPH1093143A JP H1093143 A JPH1093143 A JP H1093143A JP 24663896 A JP24663896 A JP 24663896A JP 24663896 A JP24663896 A JP 24663896A JP H1093143 A JPH1093143 A JP H1093143A
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JP
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led
voltage
voltage signal
value
current
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JP24663896A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Asano
弘明 浅野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大振幅の電圧信号を印加することなく、LE
Dを高速に発光させることができるLED駆動回路を提
供する。 【解決手段】 入力端子12に所定の電圧信号が入力さ
れると、微分回路13は、その電圧信号の時間微分に比
例する電圧信号を出力する。デュアルゲートFET11
は、入力端子12に入力された電圧信号および微分回路
13が出力する電圧信号に応じて電圧駆動され、その電
流値が変化する駆動電流を出力する。LED16は、デ
ュアルゲートFET11が出力する駆動電流の電流値に
応じて発光/消光する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LED駆動回路に
関し、より特定的には、光通信システムにおいて用いら
れるLED駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信用の光源には、一般に、半導体レ
ーザまたは発光ダイオード(LED)が用いられる。L
EDは、半導体レーザに比べて、伝送帯域および伝送距
離において制限を受けるものの、発光しきい値がない、
信頼性が高い、低価格であるなどの特徴を有しているこ
とから、主として中距離光通信システムにおいて広く用
いられている。LED駆動回路は、LEDに所定の駆動
電流を注入して発光/消光させるための回路である。
【0003】図13は、従来のLED駆動回路の構成の
一例を示す回路図である。図13のLED駆動回路は、
トランジスタ1301および1302、電流源130
3、LED1304、正相入力端子1305ならびに逆
相入力端子1306を備えている。トランジスタ130
1および1302のエミッタはそれぞれ相互に接続さ
れ、さらに電流源1303に接続されている。正相入力
端子1305はトランジスタ1301のベースに、逆相
入力端子1306はトランジスタ1302のベースにそ
れぞれ接続されている。LED1304のカソードはト
ランジスタ1302のコレクタに、アノードは電源線に
それぞれ接続されている。また、トランジスタ1301
のコレクタは電源線に接続されている。
【0004】以下には、図13のLED駆動回路がLE
D1304を駆動する動作について説明する。正相入力
端子1305にハイレベルの信号が入力されるととも
に、逆相入力端子1306にローレベルの信号が入力さ
れると、トランジスタ1301が導通状態になり、トラ
ンジスタ1302は非導通状態になる。その結果、トラ
ンジスタ1301に電流源1303で規定される電流が
流れ、トランジスタ1302には電流が流れないため、
LED1304は消光する。
【0005】一方、正相入力端子1305にローレベル
の信号が入力されるとともに、逆相入力端子1306に
ハイレベルの信号が入力されると、トランジスタ130
1は非導通状態になり、トランジスタ1302が導通状
態になる。その結果、トランジスタ1301には電流が
流れず、トランジスタ1302に電流源1303で規定
される電流が流れるため、LED1304は発光する。
【0006】ところが、LED1304は、その内部に
所定の容量成分を備えており、この容量成分の制限によ
り、その変調速度には、ある上限値が存在する。このた
め、図13のLED駆動回路を用いて高速変調を試みて
も、この上限値を越える高速変調を行うことができな
い。そこで、LED1304内部の容量成分で定まる上
限値を越えるような高速変調を可能とするLED駆動回
路の開発が試みられている。以下、その一例として、特
開平1−298774号公報に記載されたLED駆動回
路について説明する。
【0007】図14は、上記公報に記載された、従来の
LED駆動回路の構成を示す回路図である。図14のL
ED駆動回路は、図13の回路において、さらに、抵抗
1401および1404、トランジスタ1403、コン
デンサ1402ならびに入力端子1405を備えてい
る。抵抗1401とコンデンサ1402とで微分回路
が、トランジスタ1403と抵抗1404とでエミッタ
フォロワがそれぞれ構成される。入力端子1405は、
上記エミッタフォロワおよび上記微分回路で構成される
回路への入力端子であり、トランジスタ1403のベー
スに接続される。LED1304のカソードは、トラン
ジスタ1302のコレクタに接続されると同時に、上記
微分回路にも接続される。なお、入力端子1405に
は、正相入力端子1305に入力される信号と同位相の
電圧信号が入力される。
【0008】以下には、図14のLED駆動回路がLE
D1304を駆動する動作について説明する。最初、正
相入力端子1305にハイレベルからローレベルへ切り
替わる信号が入力されるとともに、逆相入力端子130
6にローレベルからハイレベルへ切り替わる信号が入力
される場合を考える。信号が上記のように切り替わる以
前は、図13のLED駆動回路と同様、トランジスタ1
301が導通状態となり、トランジスタ1302は非導
通状態となることにより、電流源1303からの電流は
トランジスタ1301側を流れる。従って、このとき、
LED1304は消灯状態にある。信号が切り替わった
後には、トランジスタ1301は非導通状態となり、ト
ランジスタ1302が導通状態となることにより、電流
源1303からの電流はトランジスタ1302側を流れ
る。従って、このとき、LED1304は発光状態にあ
る。
【0009】信号が上記のように切り替わる際、入力端
子1405に入力される電圧信号もハイレベルからロー
レベルへ切り替わるが、この電圧信号は、トランジスタ
1403と抵抗1404とからなるエミッタフォロワに
よりインピーダンス変換された後、抵抗1401とコン
デンサ1402とからなる微分回路を通過することによ
り、立ち下がりパルスとなる。なお、このパルスの特性
は、信号が切り替わる時間幅と上記微分回路の時定数と
に依存する。このパルスは、LED1304のカソード
側へ印加され、LED1304を流れる電流の立ち上が
り特性にピーク成分を持たせる効果を発揮する。このピ
ーク成分により、LED1304の内部の容量成分が急
速に充電され、従って、消光状態から発光状態への切り
替えを高速化することができる。
【0010】次に、正相入力端子1305にローレベル
からハイレベルへ切り替わる信号が入力されるととも
に、逆相入力端子1306にハイレベルからローレベル
へ切り替わる信号が入力される場合を考える。信号が上
記のように切り替わる以前は、トランジスタ1301は
非導通状態となり、トランジスタ1302が導通状態と
なるため、LED1304は発光状態にある。信号が切
り替わった後には、トランジスタ1301が導通状態と
なり、トランジスタ1302は非導通状態になるため、
LED1304は消灯状態にある。
【0011】信号が上記のように切り替わる際、入力端
子1405に入力される電圧信号もローレベルからハイ
レベルへ切り替わるが、この電圧信号は、上記エミッタ
フォロワによりインピーダンス変換された後、上記微分
回路を通過することにより、立ち上がりパルスとなる。
このパルスは、LED1304のカソード側へ印加さ
れ、LED1304の容量成分に蓄積されているキャリ
アを強制的に引き抜く効果を発揮し、従って、発光状態
から消光状態への切り替えを高速化することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、図14
のLED駆動回路では、図13のLED駆動回路に微分
回路を付加して、発光/消光の切り替え時、立ち下がり
/立ち上がりパルスをLED1304に印加することに
より、発光/消光の高速化を図っている。ところが、図
14のLED駆動回路では、LED1304が低インピ
ーダンスであるため、微分回路の出力インピーダンスを
十分低くしない限り、高速化に必要な電圧のパルスをL
ED1304に印加することができない。
【0013】一方、微分回路の出力インピーダンスはコ
ンデンサ1402の容量および抵抗1401の抵抗値で
決まるが、これら容量および抵抗値はそれぞれ、通過高
域周波数の選択、バイアス電圧の設定を行うのに適切な
値が選ばれ、微分回路の出力インピーダンスを十分低く
することはできない。このため、発光/消光を高速化す
るためには、大振幅の電圧信号を微分回路へ印加する必
要があり、消費電力が大きくなってしまう問題があっ
た。
【0014】従って、本発明の目的は、大振幅の電圧信
号を印加することなく、LEDを高速に発光/消光させ
ることができるLED駆動回路を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の
発明は、LED(発光ダイオード)を駆動するLED駆
動回路であって、所定の電圧信号を入力するための入力
手段と、入力手段に入力された電圧信号の時間微分に比
例する電圧信号を出力する第1の微分手段と、入力手段
に入力された電圧信号および第1の微分手段が出力する
電圧信号に応じて電圧駆動され、その電流値が変化する
駆動電流を出力する電圧駆動電流源と、電圧駆動電流源
が出力する駆動電流の電流値に応じて発光/消光するL
EDとを備えている。
【0016】上記のように、第1の発明では、入力手段
に所定の電圧信号が入力されると、微分手段は、その電
圧信号の時間微分に比例する電圧信号を出力する。電圧
駆動電流源は、入力手段に入力された電圧信号および微
分手段が出力する電圧信号に応じて電圧駆動され、その
電流値が変化する駆動電流を出力する。LEDは、電圧
駆動電流源が出力する駆動電流の電流値に応じて発光/
消光する。
【0017】このように、所定の電圧信号と、その信号
の時間微分に比例した電圧信号とに応じて電圧駆動さ
れ、その電流値が変化する駆動電流でLEDを駆動する
ことにより、大振幅の電圧信号を印可することなく、L
EDを高速に発光させることができる。
【0018】第2の発明は、第1の発明において、電圧
駆動電流源が出力する駆動電流の電流値は、入力手段に
入力された電圧信号の電圧値および第1の微分手段が出
力する電圧信号の電圧値で定まることを特徴としてい
る。
【0019】これにより、駆動電流を、その立ち上がり
時にピーク成分を有するものとすることができ、従っ
て、LEDをより高速に発光させることができる。
【0020】第3の発明は、第1の発明において、電圧
駆動電流源が出力する駆動電流の電流値は、入力手段に
入力された電圧信号の電圧値で定まる電流値と、第1の
微分手段が出力する電圧信号の電圧値で定まる電流値と
の和であることを特徴としている。
【0021】これにより、駆動電流を、その立ち上がり
時にピーク成分を有するものとすることができ、従っ
て、LEDをより高速に発光させることができる。ま
た、そのピーク成分を動的に変更することができ、従っ
て、LEDの特性に最適な高速化を行うことができる。
【0022】第4の発明は、第1の発明において、入力
手段に入力された電圧信号の時間微分に比例する電圧信
号を出力する第2の微分手段と、第2の微分手段が出力
する電圧信号の電圧値が予め決められた値以下である場
合に、LEDのカソード側と電源線とを導通させるスイ
ッチング手段とをさらに備えている。
【0023】上記のように、第4の発明では、第2の微
分手段は、入力手段に入力された電圧信号の時間微分に
比例する電圧信号を出力する。スイッチング手段は、第
2の微分手段が出力する電圧信号の電圧値が予め決めら
れた値以下である場合に、LEDのカソード側と電源線
とを導通させる。
【0024】これにより、消光時、LEDの内部のキャ
リアが電源線に移動可能となり、従って、大振幅の電圧
信号を印可することなく、LEDを高速に消光させるこ
とができる。また、入力される電圧信号の立ち下がり時
にのみ、LEDのカソード側と電源線とを導通させるこ
とができ、立ち下がり時以降、次の立ち上がり時直前ま
で、微妙な電流をLEDに流しておくことができるた
め、次回の発光時、LEDの内部のキャリアが不足して
高速発光を妨げることがない。
【0025】第5の発明は、第2の発明において、電圧
駆動電流源はデュアルゲートFET(電界効果トランジ
スタ)であり、デュアルゲートFETの第1のゲート端
子は入力手段に、第2のゲート端子は第1の微分手段
に、ドレイン端子はLEDのカソード側にそれぞれ接続
され、かつ、ソース端子は接地されることを特徴として
いる。
【0026】上記のように、電圧駆動電流源を1つのデ
ュアルゲートFETで実現することにより、LED駆動
回路の規模を小型化できる。
【0027】第6の発明は、第3の発明において、電圧
駆動電流源は第1および第2のFETであり、第1およ
び第2のFETのゲート端子はそれぞれ入力手段、第1
の微分手段に接続され、かつ、ドレイン端子はそれぞれ
LEDのカソード側に接続され、かつ、ソース端子はそ
れぞれ接地されることを特徴としている。
【0028】上記のように、電圧駆動電流源を2つのF
ETで実現することにより、微分手段が出力する電圧信
号に対するアドミッタンスを独立に選択でき、従って、
容易に、駆動電流のピーク成分を変更することができ
る。
【0029】第7の発明は、第4の発明において、スイ
ッチング手段はPNPトランジスタであることを特徴と
している。
【0030】上記のように、スイッチング手段をPNP
トランジスタで実現することにより、LED駆動回路の
規模を小型化できる。
【0031】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)以下、本発明の第1の実施形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の
第1の実施形態に係るLED駆動回路の構成を示す回路
図である。図1のLED駆動回路は、デュアルゲートF
ET11、入力端子12、コンデンサ131および14
1、抵抗132、133、142および143、PNP
トランジスタ15ならびにLED16を備えている。
【0032】入力端子12は、デュアルゲートFET1
1の第1ゲート端子(G1 )に接続され、かつコンデン
サ131の一方の端子に接続される。コンデンサ131
の他方の端子ならびに抵抗132および133の一端
は、デュアルゲートFET11の第2ゲート端子
(G2 )に接続される。デュアルゲートFET11のド
レイン端子(D)は、LED16のカソードに接続さ
れ、ソース端子(S)は接地される。LED16のアノ
ードは、電源線に接続される。
【0033】入力端子12はまた、コンデンサ141の
一方の端子へも接続される。コンデンサ141の他方の
端子ならびに抵抗142および143の一端は、トラン
ジスタ15のベースへ接続される。トランジスタ15の
エミッタは電源線へ、コレクタはLED16のカソード
へそれぞれ接続される。抵抗132および142の他端
はそれぞれ電源線に接続され、抵抗133および143
の他端はそれぞれ接地される。
【0034】コンデンサ131ならびに抵抗132およ
び133で微分回路13が、コンデンサ141ならびに
抵抗142および143で微分回路14がそれぞれ構成
される。微分回路13および14はそれぞれ、入力端子
12から入力される電圧信号の時間微分に比例する電圧
信号を出力する。デュアルゲートFET11は、入力端
子12から入力される電圧信号および微分回路13が出
力する電圧信号に応じて電圧駆動され、その電流値が変
化する駆動電流を出力する電圧駆動電流源として機能す
る。LED16は、デュアルゲートFET11が出力す
る駆動電流の電流値に応じて発光/消光する。トランジ
スタ15は、微分回路14が出力する電圧信号の電圧値
が予め決められた値よりも低い場合に、LED16のカ
ソードと電源線とを導通させるスイッチング素子/回路
として機能する。
【0035】図2は、図1の入力端子12に印加される
電圧信号ならびに微分回路13および14が出力する電
圧信号の波形を示す図である。図2(a)は、入力端子
12に印加される電圧信号の波形を示している。(b)
および(c)はそれぞれ、入力端子12に(a)に示す
信号が印加された場合に、微分回路13、微分回路14
が出力する電圧信号の波形を示している。
【0036】図3は、図1のデュアルゲートFET11
の動作特性を示す図である。図3において、横軸は、デ
ュアルゲートFET11の第1ゲート端子(G1 )およ
びソース端子(S)間の電圧、縦軸は、ドレイン端子
(D)を流れるドレイン電流の電流値である。図3に
は、第2ゲート端子(G2 )およびソース端子(S)間
の電圧V1 、V2 およびV3 に対応する3つの動作曲線
を示している。
【0037】図4は、図1の入力端子12に図2(a)
の信号が印加された場合に、デュアルゲートFET11
のドレイン端子(D)を流れるドレイン電流の波形を示
す図である。図5は、図1のLED16を流れる駆動電
流の波形モデルを示す図である。図6は、図1のLED
16に図5の波形モデルと同様の駆動電流が流れた場合
の、LED16からの光出力を示す図である。
【0038】以下には、図1のLED駆動回路の動作
を、図2〜6を用いて説明する。最初、図1のLED駆
動回路が、LED16を高速に発光させる動作について
説明する。図1の入力端子12に、図2(a)に示すよ
うな、ピーク電圧Vpのパルス信号が印加されると、微
分回路13は、図2(b)に示すような、最大値V3 、
平均値V2 、最小値V1 のパルス信号を出力する。この
とき、デュアルゲートFET11の第1ゲート端子(G
1 )に図2(a)の信号が、第2ゲート端子(G2)に
は図2(b)の信号がそれぞれ印加されるため、図2
(a)のパルス信号が立ち上がる際、ドレイン端子
(D)には、図3の動作点31に対応する電流値I2 の
ドレイン電流が流れる。
【0039】図2(a)のパルス信号が電圧Vp で一定
の期間は、デュアルゲートFET11の第2ゲート端子
(G2 )に電圧V2 が印加され、第1ゲート端子
(G1 )には電圧Vp が印加されるため、ドレイン端子
(D)には、図3の動作点32に対応する電流値I1 の
ドレイン電流が流れる。すなわち、図1の入力端子12
に図2(a)のパルス信号が印加された場合、デュアル
ゲートFET11のドレイン端子(D)には、図4に示
すような波形のドレイン電流が流れる。
【0040】ここで、図1のLED16に、図5の波形
モデルと同様の波形を有する駆動電流が流れる場合につ
いて考える。なお、図5の波形モデルは、パルスの先頭
(時刻t=0)から時刻t=tp1までの期間の電流値を
J2 とし、その後、所定の時刻までの期間の電流値をJ
1 としたものである。図5の波形モデルと同様の駆動電
流が流れたとすると、LED16の内部のキャリアのラ
イフタイムをτn として、電流値J2 とJ1 との比が次
式(1)を満足する場合、LED16からの光出力は、
図6の波形62のような、立ち上がり時間tp1のパルス
となる。 J2 /J1 =1/{1−exp(−tp1/τn )}…(1)
【0041】電流値J2 とJ1 との比が次式(2)を満
足する場合には、LED16からの光出力は、図6の波
形63のようになり、高速な立ち上がり特性が得られな
いことがわかる。 J2 /J1 <1/{1−exp(−tp1/τn )}…(2)
【0042】電流値J2 とJ1 との比が次式(3)を満
足する場合には、LED16からの光出力は、図6の波
形61のようになり、立ち上がり時にオーバシュートを
有するパルスとなることがわかる。 J2 /J1 >1/{1−exp(−tp1/τn )}…(3)
【0043】LED16からの出力光を光通信に利用す
る場合、入力パルス信号は一般に、1ビット単位の様々
な間隔で出現するため、図6の波形61や63のような
パルスでは十分なアイ開口率が得られない。このため、
LED16からの出力光は、波形62のようなパルスで
あるのが望ましい。
【0044】そこで、図4のドレイン電流の電流値I2
とI1 との比が、LED16の内部のキャリアのライフ
タイムをτn1、ピーク成分の継続時間をtp2として、次
式(4)を満足するようにFET11の動作点を選択す
ることにより、LED16の光出力は、高速かつオーバ
ーシュートのない立ち上がり特性を有するものとなる。 I2 /I1 =1/{1−exp(−tp2/τn1)}…(4)
【0045】デュアルゲートFET11として、アドミ
ッタンスが適切な値であり、かつLED16の特性に合
わせた動作点を選択することが可能なタイプを選べば、
図1のLED駆動回路は、大振幅の電圧信号を印加する
ことなく、LED16を高速に発光させることができ
る。
【0046】次に、図1のLED駆動回路が、LED1
6を高速に消光させる動作について説明する。図1の入
力端子12に、図2(a)に示すような、ピーク電圧V
pのパルス信号が印加されると、微分回路14は、図2
(c)に示すような、最大値V6 、平均値V5 、最小値
V4 であるパルス信号を出力する。平均値V5 は、抵抗
142および143の抵抗値で決まるバイアス電圧であ
るが、このバイアス電圧V5 を、PNPトランジスタ1
5のベース−エミッタ間の電圧が導通時のそれ(しきい
値)よりもわずかに低くなるように設定しておく。
【0047】このように設定することにより、図2
(a)のパルス信号がハイレベルからローレベルへ変化
する際、微分回路14は、図2(c)に示すように、立
ち下がりパルスを出力し、PNPトランジスタ15のベ
ース−エミッタ間の電圧がしきい値を越えて、コレクタ
−エミッタ間が導通する。それまでにLED16の内部
の容量成分に蓄積されたキャリアは、PNPトランジス
タ15が導通した時点で電源線へ移動することが可能と
なり、従って、図1のLED駆動回路は、大振幅の電圧
信号を印加することなく、LED16を高速に消光させ
ることができる。
【0048】なお、図2(a)のパルス信号がハイレベ
ルからローレベルへ変化した後は、デュアルゲートFE
T11の第1ゲート端子(G1 )および第2ゲート端子
(G 2 )へ印加される電圧がそれぞれ0、V2 であるた
め、図4に示すように、ドレイン電流の電流値はI0 と
なる。この電流値I0 は、LED16を次回発光させる
際、高速に発光させるための最小限の電流値である。
【0049】以上のように、本実施形態によれば、入力
される電圧信号と、その信号の時間微分に比例した電圧
信号とに応じて電圧駆動され、その電流値が変化する駆
動電流でLED16を駆動することにより、大振幅の電
圧信号を印可することなく、LED16を高速に発光さ
せることができる。また、駆動電流の電流値は、入力さ
れた電圧信号の電圧値と、その信号の時間微分に比例し
た電圧信号の電圧値とで定まるため、駆動電流を、その
立ち上がり時にピーク成分を有するものとすることがで
き、従って、LED16をより高速に発光させることが
できる。さらにその際、駆動電流を出力する電圧駆動電
流源として、デュアルゲートFET11を用いることに
より、LED駆動回路の規模を小型化できる。
【0050】また、入力される電圧信号の時間微分に比
例する電圧信号の電圧値が予め決められた値以下である
場合に、LED16のカソード側と電源線とを導通させ
ることにより、消光時、LED16の内部のキャリアが
電源線に移動可能となり、従って、大振幅の電圧信号を
印可することなく、LED16を高速に消光させること
ができる。さらに、入力される電圧信号の立ち下がり時
にのみ、LED16のカソード側と電源線とを導通させ
ることができ、従って、次回の発光時、LED16の内
部のキャリアが不足して高速発光を妨げることがない。
さらにその際、LED16のカソード側と電源線とを導
通させるスイッチング素子/回路として、PNPトラン
ジスタ15を用いることにより、LED駆動回路の規模
を小型化できる。
【0051】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について、図面を参照しながら説明する。図7
は、本発明の第2の実施形態に係るLED駆動回路の構
成を示す回路図である。図7のLED駆動回路は、FE
T71および72、入力端子73、コンデンサ741お
よび751、抵抗742、743、752および75
3、PNPトランジスタ76ならびにLED77を備え
ている。
【0052】入力端子73は、FET71のゲート端子
(G)に接続され、かつ、コンデンサ741の一方の端
子に接続される。コンデンサ741の他方の端子ならび
に抵抗742および743の一端は、FET72のゲー
ト端子(G)に接続される。FET71および72のド
レイン端子(D)は、LED77のカソードへ接続さ
れ、ソース端子(S)はそれぞれ接地される。LED7
7のアノードは、電源線に接続される。
【0053】入力端子73はまた、コンデンサ751の
一方の端子へも接続される。コンデンサ751の他方の
端子ならびに抵抗752および753の一端は、PNP
トランジスタ76のベースに接続される。PNPトラン
ジスタ76のエミッタは電源線へ、コレクタはLED7
7のカソードへそれぞれ接続される。抵抗742および
752の他端はそれぞれ電源線に接続され、抵抗743
および753の他端はそれぞれ接地される。
【0054】コンデンサ741ならびに抵抗742およ
び743で微分回路74が、コンデンサ751ならびに
抵抗752および753で微分回路75がそれぞれ構成
される。微分回路74および75はそれぞれ、入力端子
73から入力される電圧信号の時間微分に比例する電圧
信号を出力する。FET71および72は、入力端子7
3から入力される電圧信号および微分回路74が出力す
る電圧信号に応じて電圧駆動され、その電流値が変化す
る駆動電流を出力する電圧駆動電流源として機能する。
LED77は、FET71および72が出力する駆動電
流の電流値に応じて発光/消光する。トランジスタ76
は、微分回路75が出力する電圧信号の電圧値が予め決
められた値よりも小さい場合に、LED77のカソード
と電源線とを導通させるスイッチング素子/回路として
機能する。
【0055】図8は、図7のFET71の動作特性を示
す図である。図8において、横軸は、FET71のゲー
ト端子(G)およびソース端子(S)間の電圧、縦軸
は、ドレイン端子(D)を流れるドレイン電流の電流値
である。図9は、図7の入力端子73に図2(a)の信
号が印加された場合に、FET71のドレイン端子
(D)を流れるドレイン電流の波形を示す図である。
【0056】図10は、図7のFET72の動作特性を
示す図である。図10において、横軸は、FET72の
ゲート端子(G)およびソース端子(S)間の電圧であ
り、縦軸は、ドレイン端子(D)を流れるドレイン電流
の電流値である。図11は、図7の入力端子73に図2
(a)の信号が印加された場合に、FET72のドレイ
ン端子(D)を流れるドレイン電流の波形を示す図であ
る。図12は、図7の入力端子73に図2(a)のパル
ス信号が印加された場合に、FET71および72のド
レイン端子(D)を流れるドレイン電流の和の電流の波
形を示す図である。
【0057】以下には、図7のLED駆動回路の動作に
ついて、図2、8〜12を用いて説明する。最初、図7
のLED駆動回路が、LED77を高速に発光させる動
作について説明する。図7の入力端子73に、図2
(a)のパルス信号が印加されると、微分回路74は、
図2(b)に示すようなパルス信号を出力する。このと
き、FET71のゲート端子(G)に図2(a)の信号
が、FET72のゲート端子(G)には図2(b)の信
号がそれぞれ印加されるため、FET71および72の
動作特性がそれぞれ図8、図10に示すものである場
合、FET71のドレイン端子(D)には、図9に示す
ドレイン電流が流れ、一方、FET72のドレイン端子
(D)には、図11に示すドレイン電流が流れる。従っ
て、FET71および72のドレイン端子(D)にそれ
ぞれ流れるドレイン電流の和の電流、すなわち、図12
に示すドレイン電流が、LED77を流れることにな
る。
【0058】第1の実施形態と同様、図12のドレイン
電流の電流値I3 +I4 とI3 との比が、LED77の
内部のキャリアのライフタイムをτn1、ピーク成分の継
続時間をtp2として、次式(5)を満足するようにFE
T71および72の動作点を選択することにより、LE
D77の光出力は、高速かつオーバシュートのない立ち
上がり特性を有するものとなる。 (I3 +I4 )/I3 =1/{1−exp(−tp2/τn1)}…(5)
【0059】FET71および72として、アドミッタ
ンスが適切な値であり、かつLED77の特性に合わせ
た動作点を選択することが可能なタイプを選べば、図7
のLED駆動回路は、大振幅の電圧信号を印加すること
なく、LED77を高速に発光させることができる。さ
らに、FET72として、FET71よりもアドミッタ
ンスがより大きいものを用いるようにすると、(I3 +
I4 )/I3 の値をより大きく設定することができるた
め、より低速なLEDを補償する効果が得られる。
【0060】次に、図7のLED駆動回路がLED77
を高速に消光させる動作について説明する。図7の入力
端子73に、図2(a)のパルス信号が印加されると、
微分回路75は、図2(c)に示す信号を出力する。こ
こで、第1の実施形態と同様、バイアス電圧V5 を、P
NPトランジスタ76のベース−エミッタ間の電圧が、
導通時のそれ(しきい値)よりもわずかに低くなるなる
ように設定しておく。
【0061】このように設定することにより、図2
(a)のパルス信号がハイレベルからローレベルへ変化
する際、微分回路75は、立ち下がりパルス出力し、P
NPトランジスタ76のベース−エミッタ間の電圧がし
きい値を越えて、コレクタ−エミッタ間が導通する。そ
れまでにLED77の内部の容量成分に蓄積されたキャ
リアは、PNPトランジスタ76が導通した時点で電源
線へ移動することが可能となり、従って、図7のLED
駆動回路は、大振幅の電圧信号を印加することなく、L
ED77を高速に消光させることができる。
【0062】なお、図2(a)の入力パルス信号がハイ
レベルからローレベルへ変化した後は、図12に示すよ
うに、FET71および72のドレイン端子(D)を流
れるドレイン電流の和の電流値はI5 となる。この電流
値I5 は、LED77を次回発光させる際、高速に発光
させるための最小限の電流値である。
【0063】以上のように、本実施形態によれば、入力
される電圧信号と、その信号の時間微分に比例した電圧
信号とに応じて電圧駆動され、その電流値が変化する駆
動電流でLED77を駆動することにより、大振幅の電
圧信号を印可することなく、LED77を高速に発光さ
せることができる。また、駆動電流の電流値は、入力さ
れる電圧信号の電圧値で定まる電流値と、その信号の時
間微分に比例した電圧信号の電圧値で定まる電流値との
和であるため、駆動電流を、立ち上がり時にピーク成分
を有するものとすることができるとともに、そのピーク
成分を動的に変更することができ、従って、その特性に
合わせてLED77をより高速に発光させることができ
る。さらにその際、駆動電流を出力する電圧駆動電流源
として、2つのFET71および72を用いることによ
り、微分回路74が出力する電圧信号に対するアドミッ
タンスを任意に選択でき、従って、容易にピーク成分を
変更することができる。
【0064】また、入力される電圧信号の時間微分に比
例する電圧信号の電圧値が予め決められた値以下である
場合に、LED77のカソード側と電源線とを導通させ
ることにより、消光時、LED77の内部のキャリアが
電源線に移動可能となり、従って、大振幅の電圧信号を
印可することなく、LED77を高速に消光させること
ができる。さらに、入力される電圧信号の立ち下がり時
にのみ、LED77のカソード側と電源線とを導通させ
ることができ、従って、次回の発光時、LED77の内
部のキャリアが不足して高速発光を妨げることがない。
さらにその際、LED77のカソード側と電源線とを導
通させるスイッチング素子/回路として、PNPトラン
ジスタ76を用いることにより、LED駆動回路の規模
を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るLED駆動回路
の構成を示す回路図である。
【図2】図1の入力端子12に印加される電圧信号なら
びに微分回路13および14が出力する電圧信号の波形
を示す図である。
【図3】図1のデュアルゲートFET11の動作特性を
示す図である。
【図4】図1の入力端子12に図2(a)の信号が印加
された場合に、デュアルゲートFET11のドレイン端
子(D)を流れるドレイン電流の波形を示す図である。
【図5】図1のLED16を流れる駆動電流の波形モデ
ルを示す図である。
【図6】図1のLED16に図5の波形モデルと同様の
駆動電流が流れた場合の、LED16からの光出力を示
す図である。
【図7】本発明の第2の実施形態に係るLED駆動回路
の構成を示す回路図である。
【図8】図7のFET71の動作特性を示す図である。
【図9】図7の入力端子73に図2(a)の信号が印加
された場合に、FET71のドレイン端子(D)を流れ
るドレイン電流の波形を示す図である。
【図10】図7のFET72の動作特性を示す図であ
る。
【図11】図7の入力端子73に図2(a)の信号が印
加された場合に、FET72のドレイン端子(D)を流
れるドレイン電流の波形を示す図である。
【図12】図7の入力端子73に図2(a)のパルス信
号が印加された場合に、FET71および72のドレイ
ン端子(D)を流れるドレイン電流の和の電流の波形を
示す図である。
【図13】従来のLED駆動回路の構成の一例を示す回
路図である。
【図14】従来のLED駆動回路の構成の他の一例を示
す回路図である。
【符号の説明】
11…デュアルゲートFET 12、73…入力端子 13、14、74、75…微分回路 15、76…PNPトランジスタ 16、77…LED 71、72…FET 131、141、741、751…コンデンサ 132、133、142、143、742、743、7
52、753…抵抗

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LED(発光ダイオード)を駆動するL
    ED駆動回路であって、 所定の電圧信号を入力するための入力手段と、 前記入力手段に入力された電圧信号の時間微分に比例す
    る電圧信号を出力する第1の微分手段と、 前記入力手段に入力された電圧信号および前記第1の微
    分手段が出力する電圧信号に応じて電圧駆動され、その
    電流値が変化する駆動電流を出力する電圧駆動電流源
    と、 前記電圧駆動電流源が出力する駆動電流の電流値に応じ
    て発光/消光するLEDとを備えるLED駆動回路。
  2. 【請求項2】 前記電圧駆動電流源が出力する駆動電流
    の電流値は、前記入力手段に入力された電圧信号の電圧
    値および前記第1の微分手段が出力する電圧信号の電圧
    値で定まることを特徴とする、請求項1に記載のLED
    駆動回路。
  3. 【請求項3】 前記電圧駆動電流源が出力する駆動電流
    の電流値は、前記入力手段に入力された電圧信号の電圧
    値で定まる電流値と、前記第1の微分手段が出力する電
    圧信号の電圧値で定まる電流値との和であることを特徴
    とする、請求項1に記載のLED駆動回路。
  4. 【請求項4】 前記入力手段に入力された電圧信号の時
    間微分に比例する電圧信号を出力する第2の微分手段
    と、 前記第2の微分手段が出力する電圧信号の電圧値が予め
    決められた値以下である場合に、前記LEDのカソード
    側と電源線とを導通させるスイッチング手段とをさらに
    備える、請求項1に記載のLED駆動回路。
  5. 【請求項5】 前記電圧駆動電流源はデュアルゲートF
    ET(電界効果トランジスタ)であり、 前記デュアルゲートFETの第1のゲート端子は前記入
    力手段に、第2のゲート端子は前記第1の微分手段に、
    ドレイン端子は前記LEDのカソード側にそれぞれ接続
    され、かつ、ソース端子は接地されることを特徴とす
    る、請求項2に記載のLED駆動回路。
  6. 【請求項6】 前記電圧駆動電流源は第1および第2の
    FETであり、 前記第1および第2のFETのゲート端子はそれぞれ前
    記入力手段、前記第1の微分手段に接続され、かつ、ド
    レイン端子はそれぞれ前記LEDのカソード側に接続さ
    れ、かつ、ソース端子はそれぞれ接地されることを特徴
    とする、請求項3に記載のLED駆動回路。
  7. 【請求項7】 前記スイッチング手段はPNPトランジ
    スタであることを特徴とする、請求項4に記載のLED
    駆動回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100429202B1 (ko) * 2001-06-30 2004-04-28 주식회사 하이닉스반도체 전압 모드의 led 소자
JP2013098537A (ja) * 2011-10-28 2013-05-20 Lg Innotek Co Ltd Led保護回路
US10072207B2 (en) 2003-11-26 2018-09-11 Mitsubishi Chemical Corporation Phosphor and light-emitting equipment using phosphor

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