JPH1188068A - 受光アンプ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイナミックレンジを拡大させることができ
ると共に、高速応答化を図ることができる受光アンプ回
路を提供する。 【解決手段】 受光アンプ回路１を、トランジスタＱ１
１のベースに電圧Ｖｒｅｆ１１でバイアスしたベース接
地ログアンプから構成する。トランジスタＱ１１のエミ
ッタには定電流回路Ｉ１１から一定電流を供給すると共
に、フォトダイオードＰＤ１を逆バイアス電圧が印加さ
れるように、定電流回路Ｉ１１と並列に接続する。フォ
トダイオードＰＤ１の出力電流をトランジスタＱ１１の
エミッタ抵抗によって電圧に変換して増幅することによ
り、受光アンプ回路１のダイナミックレンジを拡大させ
る。また、電圧Ｖｒｅｆ１１を電源電圧Ｖｃｃよりトラ
ンジスタＱ１１のベース・エミッタ間電圧より低く設定
することにより、受光アンプ回路１の高速応答化を図
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、光センサー用アン
プ等に使用される受光アンプ回路に関し、より詳しくは
フォトダイオードを有する受光アンプ回路の動作範囲
（ダイナミックレンジ）の拡大と高速応答化とに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、反射型フォトインタラプタ・フォ
トカプラ等の光センサーが頻繁に利用され、光センサー
回路に使用される受光アンプ回路には、動作範囲（ダイ
ナミックレンジ）の拡大や高速応答化の要望が高まって
いる。

【０００３】図３に示すように、従来の受光アンプ回路
１０には、フォトダイオードＰＤ３等の受光素子が使用
され、フォトダイオードＰＤ３は、外部からの光を受光
して電流に変換する。フォトダイオードＰＤ３は、カソ
ードがトランジスタＱ３１のベースに接続され、アノー
ドがトランジスタＱ３１のエミッタに接続される構成を
とり、逆バイアスされている。

【０００４】フォトダイオードＰＤ３には直列に抵抗Ｒ
３１が接続されており、またこの抵抗Ｒ３１はトランジ
スタＱ３１のコレクタとベースとの間に接続されてい
る。

【０００５】従って、受光した後にフォトダイオードＰ
Ｄ３から出力される出力電流は、抵抗Ｒ３１によって電
圧に変換され、変換された電圧はトランジスタＱ３１の
コレクタ端子から出力されるという構成である。

【０００６】ここで、トランジスタＱ３１、定電流回路
Ｉ３１、及び抵抗Ｒ３１は帰還増幅器を構成している。
すなわち、トランジスタＱ３１と定電流回路Ｉ３１とは
利得の大きな基本増幅器を構成し、抵抗Ｒ３１が帰還抵
抗となっている。トランジスタＱ３１はエミッタ接地増
幅回路として、また定電流回路Ｉ３１はその能動負荷と
して機能する。

【０００７】従って、上記基本増幅器の出力端子はトラ
ンジスタＱ３１のコレクタであり、入力であるトランジ
スタＱ３１のベースに対する出力の極性は反転出力とな
る。

【０００８】この場合、上記基本増幅器を一つのオペア
ンプとして考えると、トランジスタＱ３１のベースに相
当する入力端子は反転入力となる。また、非反転入力
は、トランジスタＱ３１のコレクタ電流が定電流回路Ｉ
３１の電流に等しいときのベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE
となる。

【０００９】上記帰還増幅器において、基本増幅器の利
得をＡ、入力電圧をＶ_IN31、出力電圧をＶ_O31 、入力電
流をｉ_IN、抵抗Ｒ３１の値をｒ３１とし、基本増幅器の
入力電流を無視すると、Ｖ_O31 ＝Ａ×（Ｖ_BE−
Ｖ_IN31）、Ｖ_IN31＝Ｖ_O31 −ｒ３１×ｉ_INが成立する。
よって、Ｖ_O31 ＝｛Ａ／（１＋Ａ）｝×（Ｖ_BE＋ｒ３１
×ｉ_IN）となる。ここで、利得Ａが１より十分大きい
と、Ｖ_O31 ≒Ｖ_BE＋ｒ３１×ｉ_INとなる。ゲイン、すな
わち入力電流ｉ_INの変化に対する出力電圧Ｖ_O31 の変化
率は、ｄＶ_O31 ／ｄｉ_IN＝ｒ３１となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の受光アンプ回路
１０では、出力電圧の範囲はトランジスタＱ３１のベー
ス・エミッタ間電圧Ｖ_BEからほぼ電源電圧Ｖｃｃまでで
ある。但し、図３において、定電流回路Ｉ３１に接続さ
れるトランジスタＱ３１の飽和電圧を無視してある。

【００１１】例えば、ベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEは約
０．７Ｖであるから、電源電圧Ｖｃｃが３Ｖの場合、出
力電圧の範囲は約２．３Ｖとなり、抵抗Ｒ３１が１００
ｋΩであるとすると、フォトダイオードＰＤ３の出力電
流が２３μＡで受光アンプ回路１０の出力電圧が飽和し
てしまうため、ダイナミックレンジが小さいという問題
があった。

【００１２】この問題を解決するために、図４に示すよ
うに、抵抗Ｒ４１に並列にダイオードＤ４を接続し、抵
抗Ｒ４１の両端の電圧をベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEに
抑える受光アンプ回路１１もある。受光アンプ回路１１
において、受光アンプ回路１０における帰還抵抗に相当
する部分は抵抗Ｒ４１であるから、ダイオードＤ４は帰
還抵抗に並列に接続されていることになる。

【００１３】この場合、ダイオードＤ４の電流変化に対
する端子間電圧の変化率と、抵抗Ｒ４１の値との並列合
成インピーダンスが、帰還回路のインピーダンスとな
る。帰還増幅器の入力電流が小さく、抵抗Ｒ４１におけ
る電位降下によってダイオードＤ４が能動領域に入れな
いときには上記インピーダンスは抵抗Ｒ４１の値そのも
のになる。一方、帰還回路の入力電流が増加し、抵抗Ｒ
４１における電位降下によってダイオードＤ４が能動領
域に入ると、インピーダンスは急激に減少する。

【００１４】従って、帰還増幅器のゲインも低下し、ダ
イナミックレンジを拡大することができる。

【００１５】しかし、この方法では、ダイオードＤ４が
ＯＦＦからＯＮになるときのゲインの急峻な変化や、ダ
イオードＤ４に流れる電流に応じてインピーダンスが変
化することにより、帰還増幅器としての動作が不安定に
なるという問題がある。

【００１６】また、受光アンプ回路１０・１１の応答速
度は、フォトダイオードＰＤ３・ＰＤ４の接合容量が増
加すると小さくなる特性がある。フォトダイオードＰＤ
３・ＰＤ４の接合容量は、フォトダイオードＰＤ３・Ｐ
Ｄ４に印加される逆バイアス電圧に反比例するため、受
光アンプ回路１０・１１の応答速度は、逆バイアス電圧
が低いと小さくなる傾向がある。従って、受光アンプ回
路１０・１１の応答速度を大きくするには、フォトダイ
オードＰＤ３・ＰＤ４に印加する逆バイアス電圧を高く
した方が有利である。

【００１７】ところが、従来の受光アンプ回路１０・１
１では、フォトダイオードＰＤ３・ＰＤ４に印加される
逆バイアス電圧はトランジスタＱ３１・Ｑ４１のベース
・エミッタ間電圧Ｖ_BEによって決まり、約０．７Ｖであ
る。このため、逆バイアス電圧を大きくすることができ
ず、受光アンプ回路１０・１１の高速応答化に限界が生
じていた。

【００１８】本発明は上記従来の問題点に鑑みなされた
ものであって、その目的は、ダイナミックレンジを拡大
させることができると共に、高速応答化を図ることがで
きる受光アンプ回路を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の受
光アンプ回路は、上記課題を解決するために、外部から
放射される光を受光して電流に変換する受光素子と、上
記電流を電圧に変換して増幅する電流電圧変換手段とを
有すると共に、上記電流電圧変換手段から出力される電
圧に基づいて出力電圧を出力する受光アンプ回路におい
て、所定の電圧が印加されたベースを有するベース接地
の第１トランジスタと、上記第１トランジスタのエミッ
タに一定電流を供給する第１定電流回路とを有し、上記
電流電圧変換手段は、上記第１トランジスタの上記エミ
ッタであることを特徴としている。

【００２０】上記の発明では、受光アンプ回路の受光素
子は、外部から放射される光を受光して電流に変換す
る。第１トランジスタは、電流電圧変換手段としてのエ
ミッタに第１定電流回路から一定電流が供給され、ベー
スに所定の電圧が印加されると共にベース接地されてい
る。これにより、ベース接地型ログアンプが構成され
る。

【００２１】受光素子からの出力電流は、第１トランジ
スタのエミッタによって電圧に変換される。このとき、
第１トランジスタのベース・エミッタ間電圧は、受光素
子が受光しないときと比較して、受光素子からの出力電
流が対数変換されて生成される電圧分だけ上昇する。

【００２２】受光アンプ回路からは、第１トランジスタ
のベースに印加される電圧より、対数変換されて生成さ
れた上記電圧分を含むベース・エミッタ間電圧だけ低下
した電圧が出力される。このため、受光アンプ回路の出
力電圧は、受光素子の出力電流が大きくなっても飽和し
にくくなる。

【００２３】請求項２に係る発明の受光アンプ回路は、
上記課題を解決するために、請求項１に記載の受光アン
プ回路において、上記第１トラジスタの上記ベースに印
加される電圧は、上記第１トランジスタのコレクタに印
加される電源電圧より上記第１トランジスタの略ベース
・エミッタ間電圧だけ低いことを特徴としている。

【００２４】上記の発明によれば、第１トランジスタの
ベースには、コレクタに印加される電源電圧より略ベー
ス・エミッタ間電圧だけ低い電圧が印加される。

【００２５】これにより、受光素子の接合容量を最小に
することができる逆バイアス電圧が受光素子に印加さ
れ、この逆バイアス電圧は受光アンプ回路の後続アンプ
のバイアス電圧となる。

【００２６】従って、受光アンプ回路の出力電圧は、後
段に直結されるアンプに最適なバイアス電圧として印加
される。

【００２７】請求項３に係る発明の受光アンプ回路は、
上記課題を解決するために、請求項１または２に記載の
受光アンプ回路において、上記第１定電流回路から上記
エミッタに供給される電流値によって、上記受光素子の
応答速度と、上記電流値に対する上記受光素子の出力電
流のゲインとが設定されることを特徴としている。

【００２８】上記の発明によれば、第１トランジスタの
エミッタに供給される第１定電流回路の電流値を適当な
値に設定することによって、受光素子の最適な応答速度
と、上記電流値に対する受光素子の出力電流の最適なゲ
インとが得られる。

【００２９】請求項４に係る発明の受光アンプ回路は、
上記課題を解決するために、請求項１ないし３に記載の
受光アンプ回路において、上記第１定電流回路から供給
される電流に等しい電流を出力する第２定電流回路、及
び上記第２定電流回路から一定電流が供給されるエミッ
タと上記ベースに印加される電圧に等しい電圧が印加さ
れるベースとを備える第２トランジスタを有する増幅回
路と、上記出力電圧と上記増幅回路の出力電圧との差分
を上記受光素子の出力電流に比例した差分電流に変換し
て出力する差動アンプと、上記差動アンプに一定電流を
供給する第３定電流回路と、上記差分電流を電圧に変換
する電圧生成手段とをさらに有することを特徴としてい
る。

【００３０】上記の発明によれば、第１トランジスタと
第２トランジスタとのベースに等しい電圧を印加し、上
記両トランジスタのエミッタに第１定電流回路と第２定
電流回路とから等しい電流を供給する。

【００３１】これにより、受光素子が受光しないときに
は、受光アンプ回路と増幅回路とからの両出力電圧は等
しくなり、これらの出力電圧が第３定電流回路から一定
電流が供給される差動アンプに入力される。上記両出力
電圧の差分は０であるため、差動アンプは差分電流を出
力せず、差動アンプを構成する２つのトランジスタには
等しいコレクタ電流が流れる。従って、電圧生成手段か
らは、差分電流に相当する電圧が出力されない。

【００３２】一方、受光素子が受光するときには、受光
素子からの出力電流によって、受光アンプ回路と増幅回
路とからの両出力電圧は異なるものとなる。このとき、
差動アンプは上記両出力電圧の差分を、受光素子の出力
電流に比例した差分電流に変換して増幅する。従って、
電圧生成手段からは、受光素子の出力電流に比例した電
圧が得られる。

【００３３】請求項５に係る発明の受光アンプ回路は、
上記課題を解決するために、請求項４に記載の受光アン
プ回路において、上記電圧生成手段は、上記差分電流を
検知するカレントミラー回路と、上記カレントミラー回
路によって検知された上記差分電流を電圧に変換する抵
抗とを有することを特徴としている。

【００３４】上記の発明では、差動アンプから出力され
る差分電流をカレントミラー回路によって検知し、検知
された上記差分電流を抵抗によって電圧に変換するとい
う簡単な構成の電圧生成手段が提供される。

【００３５】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕本発明の受光アンプ回路の実施の一形
態について図１に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。

【００３６】図１に示すように、本実施の形態の受光ア
ンプ回路１は、フォトダイオードＰＤ１、ＮＰＮ型のト
ランジスタＱ１１、及び定電流回路Ｉ１１から構成され
る。

【００３７】受光素子としてのフォトダイオードＰＤ１
は、アノードが接地端子ＧＮＤに接続され、カソードが
トランジスタＱ１１のエミッタ及び出力端子ＯＵＴ１に
接続されている。

【００３８】第１トランジスタとしてのトランジスタＱ
１１は、コレクタが電源電圧Ｖｃｃが印加される電源端
子に、電流電圧変換手段としてのエミッタが定電流回路
Ｉ１１の一端にそれぞれ接続されていると共に、ベース
が電圧Ｖｒｅｆ１１でバイアスされている。また、第１
定電流回路としての定電流回路Ｉ１１の他端は、接地端
子ＧＮＤに接続されている。

【００３９】すなわち、上記の構成の受光アンプ回路１
は、反射型フォトインタラプタ・フォトカプラ等の強い
入射光が入力される光センサー用受光アンプ回路とし
て、光電流の電圧への変換を簡易な構成で実現すること
ができるベース接地型ログアンプを利用したものとなっ
ている。このベース接地型ログアンプでは、フォトダイ
オードＰＤ１からの出力電流をトランジスタＱ１１のエ
ミッタ抵抗によって電圧に変換する。

【００４０】フォトダイオードＰＤ１の出力電流をＩｓ
ｃ１とすると、Ｉｓｃ１＝０、すなわちフォトダイオー
ドＰＤ１が受光しないとき、トランジスタＱ１１のベー
ス・エミッタ間電圧Ｖ_BEQ11 は、 Ｖ_BEQ11 ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ（ｉ１１／Ｉｏ） （１） となる。ここで、 ｋ；ボルツマン定数 Ｔ；絶対温度 ｑ；電子の電荷量 ｉ１１；定電流回路Ｉ１１の出力電流 Ｉｏ；トランジスタＱ１１の逆方向飽和電流 である。また、Ｉｓｃ１≠０、すなわちフォトダイオー
ドＰＤ１が受光するとき、トランジスタＱ１１のベース
・エミッタ間電圧Ｖ_BEQ11 ’は、 Ｖ_BEQ11 ’＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛（ｉ１１＋Ｉｓｃ１）／Ｉｏ｝ （２） となる。（１）（２）式より、 Ｖ_BEQ11 ’−Ｖ_BEQ11 ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ（１＋Ｉｓｃ１／ｉ１１） （３） となり、出力電流Ｉｓｃ１が対数変換されていることが
分かる。

【００４１】これにより、フォトダイオードＰＤ１の出
力電流Ｉｓｃ１が増大しても、出力電圧Ｖｏは対数圧縮
されて増大しないため、受光アンプ回路１のダイナミッ
クレンジの拡大が可能になる。

【００４２】また、光センサー回路用アンプには、微小
な入力信号が与えられる場合があるため、アンプ全体と
しては大きなゲインを有する必要がある。このため、上
記受光アンプ回路１は前置アンプとして使用され、その
出力電圧Ｖｏは後続のアンプへ伝達される。

【００４３】光センサー回路は、信号として直流と交流
の両方を処理するため、直流及び交流を増幅することの
できる直流アンプが使用される。直流アンプにおいて
は、前置アンプと後続アンプとは直結されるので、前置
アンプの直流出力電圧が後続アンプのバイアス電圧とな
る。

【００４４】ＰＮ接合の接合容量は、それに印加される
逆バイアス電圧に反比例するため、図１においてＰＮ接
合で構成されているフォトダイオードＰＤ１の接合容量
を最小にするためには、できるだけ高い逆バイアス電圧
を印加する必要がある。

【００４５】ここで、後続のアンプをバイアスすること
ができ、フォトダイオードＰＤ１に最も高い逆バイアス
電圧を与えられる電圧Ｖｒｅｆ１１はＶｃｃ−
Ｖ_BEQ11 ’である。

【００４６】受光アンプ回路１の応答速度は、フォトダ
イオードＰＤ１の接合容量に反比例するため、Ｖｒｅｆ
１１＝Ｖｃｃ−Ｖ_BEQ11 ’のとき、後続アンプの直結を
考えるとフォトダイオードＰＤ１の接合容量を最も小さ
くすることができ、応答速度の大きい受光アンプ回路１
を構成することができる。

【００４７】一方、トランジスタＱ１１のエミッタ抵抗
は（ｋＴ／ｑ）／ｉ１１となる。ここで、周囲温度が２
５℃のとき、ｋＴ／ｑ＝２５．８ｍＶである。従って、
例えばｉ１１＝１０μＡのときエミッタ抵抗は（２５．
８×１０^-3）／（１０×１０^-6）＝２５８０Ωとなる。

【００４８】光センサー回路に使用されるフォトダイオ
ードの接合容量は、その面積、逆バイアス電圧によって
変化するものの、２０ｐＦ程度の容量値を有することが
多い。仮に、フォトダイオードＰＤ１の接合容量値を２
０ｐＦとしたとき、トランジスタＱ１１によって構成さ
れるベース接地型ログアンプの遮断周波数は、１／（２
π×２５８０×２０×１０^-12 ）＝３．１×１０⁶ Ｈｚ
となる。

【００４９】光センサー回路用アンプとしては、約１Ｍ
Ｈｚ以上の遮断周波数が求められるため、ｉ１１を１０
μＡ以上とすることで、受光アンプ回路１は、光センサ
ー回路用アンプに必要な応答速度を有するものとなる。

【００５０】また、出力電流Ｉｓｃが０でないときの受
光アンプ回路１の出力電圧Ｖｏは、Ｖｒｅｆ１１−Ｖ
_BEQ11 ’＝Ｖｒｅｆ１１−（Ｖ_BEQ11 ’−Ｖ_BEQ11 ）−
Ｖ_BEQ11 である。従って、（３）式より、出力電圧Ｖｏ
には、フォトダイオードＰＤ１の出力電流Ｉｓｃが定電
流回路Ｉ１１の出力電流ｉ１１で除算された後に対数変
換される項が含まれるため、対数圧縮時のゲインを設定
することができる。

【００５１】〔実施の形態２〕本発明の受光アンプ回路
の他の実施の形態について図２を用いて説明すれば、以
下の通りである。なお、説明の便宜上、前記の実施の形
態１の図面に示した構成要素と同一の機能を有する構成
要素については、同一の符号を付し、その説明を省略す
る。

【００５２】図２に示すように、本実施の形態の受光ア
ンプ回路２は、実施の形態１で述べた受光アンプ回路１
と類似の構成をとる受光アンプ回路３に、後続アンプと
して増幅回路４、差動アンプ５、定電流回路Ｉ２３、カ
レントミラー回路６、及び抵抗Ｒ２１を接続したもので
ある。

【００５３】受光アンプ回路３は、ＮＰＮ型のトランジ
スタＱ２５、定電流回路Ｉ２１、及びフォトダイオード
ＰＤ２から構成される。増幅回路４は、ＮＰＮ型のトラ
ンジスタＱ２６及び定電流回路Ｉ２２から構成される。
また、差動アンプ５は、ＮＰＮ型のトランジスタＱ２１
・Ｑ２２から構成される。さらに、カレントミラー回路
６は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ２３・Ｑ２４から構成
される。

【００５４】受光アンプ回路３において、第１トランジ
スタとしてのトランジスタＱ２５は、コレクタが電源電
圧Ｖｃｃが印加される電源端子に、電流電圧変換手段と
してのエミッタが定電流回路Ｉ２１の一端にそれぞれ接
続されていると共に、ベースは電圧Ｖｒｅｆ２１でバイ
アスされている。第１定電流回路としての定電流回路Ｉ
２１の他端は、接地端子ＧＮＤに接続されている。ま
た、受光素子としてのフォトダイオードＰＤ２は、カソ
ードが定電流回路Ｉ２１の一端及び後述するトランジス
タＱ２１のベースに接続されており、アノードは接地端
子ＧＮＤに接続されている。すなわち、受光アンプ回路
３はベース接地型ログアンプとなっている。

【００５５】増幅回路４において、第２トランジスタと
してのトランジスタＱ２６は、ベースがトランジスタＱ
２５のベースに、コレクタが電源端子に、エミッタが第
２定電流回路としての定電流回路Ｉ２２の一端にそれぞ
れ接続されている。また、定電流回路Ｉ２２の他端は接
地端子ＧＮＤに接続されている。従って、トランジスタ
Ｑ２６のベースは、トランジスタＱ２５のベースと同様
に電圧Ｖｒｅｆ２１でバイアスされている。また、この
増幅回路４もベース接地型ログアンプとなっている。

【００５６】差動アンプ５において、トランジスタＱ２
１は、ベースが受光アンプ回路３の出力端子に、コレク
タが電源端子に、エミッタがトランジスタＱ２２のエミ
ッタ及び第３定電流回路としての定電流回路Ｉ２３の一
端にそれぞれ接続されている。トランジスタＱ２２は、
ベースがトランジスタＱ２６と定電流回路Ｉ２２との接
続点に、コレクタが後述するトランジスタＱ２３のコレ
クタに、エミッタが定電流回路Ｉ２３の一端にそれぞれ
接続されている。

【００５７】電圧生成手段に含まれるカレントミラー回
路６において、トランジスタＱ２３は、ベースが自身の
コレクタ及びトランジスタＱ２４のベースに、エミッタ
が電源端子にそれぞれ接続されている。トランジスタＱ
２４は、エミッタが電源端子に、コレクタが後述する抵
抗Ｒ２１の一端及び受光アンプ回路２の出力端子ＯＵＴ
２にそれぞれ接続されている。

【００５８】また、トランジスタＱ２４のコレクタと接
地端子ＧＮＤとの間に、電圧生成手段に含まれる抵抗Ｒ
２１が設けられ、抵抗Ｒ２１の一端は出力端子ＯＵＴ２
に接続されている。

【００５９】次に、上記の構成の受光アンプ回路２の動
作について説明する。

【００６０】外部から放射される光をフォトダイオード
ＰＤ２が受光すると、フォトダイオードＰＤ２は出力電
流Ｉｓｃ２を出力する。このとき、定電流回路Ｉ２１の
出力電流をｉ２１とすると、トランジスタＱ２５のエミ
ッタ電圧Ｖ２１は、 Ｖ２１＝Ｖｒｅｆ２１− （ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛（Ｉｓｃ２＋ｉ２１）／Ｉｏ｝ （４） となる。ここで、ＩｏはトランジスタＱ２５の逆方向飽
和電流である。

【００６１】一方、定電流回路Ｉ２２の出力電流をｉ２
２とすると、トランジスタＱ２６のエミッタ電圧Ｖ２２
は、 Ｖ２２＝Ｖｒｅｆ２１− （ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ（ｉ２２／Ｉｏ） （５） となる。但し、トランジスタＱ２５とトランジスタＱ２
６との特性は同じであり、逆方向飽和電流には同じＩｏ
を用いている。また、ｉ２１とｉ２２は等しく、 ｉ２１＝ｉ２２＝ｉｔ （６） とする。

【００６２】トランジスタＱ２１・Ｑ２２のベース電流
を無視し、定電流回路Ｉ２３の出力電流をｉ２３とすれ
ば、トランジスタＱ２１のコレクタ電流ｉ２４とトラン
ジスタＱ２２のコレクタ電流ｉ２５との間に、 ｉ２４＋ｉ２５＝ｉ２３ （７） が成立する。

【００６３】Ｉｓｃ２＝０のとき、すなわちフォトダイ
オードＰＤ２が受光しないとき、（４）ないし（６）式
より、 Ｖ２１＝Ｖ２２ （８） となる。このとき、 ｉ２４＝ｉ２５ （９） となる。ｉ２３の１／２の電流をｉｐとすると、（７）
（９）式より、 ｉ２４＝ｉ２５＝ｉｐ （10） となる。

【００６４】フォトダイオードＰＤ２が受光してＩｓｃ
２≠０となるとき、（４）（５）式よりＶ２１＜Ｖ２２
となる。このとき、ｉ２４、ｉ２５のｉｐからの変化分
を差分電流Δｉとすると、 ｉ２４＝ｉｐ−Δｉ （11） ｉ２５＝ｉｐ＋Δｉ （12） となる。ここで、トランジスタＱ２１・Ｑ２２の共通エ
ミッタ電位をＶｅとおくと、 Ｖ２１−Ｖｅ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛（ｉｐ−Δｉ）／Ｉｏ｝ （13） Ｖ２２−Ｖｅ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛（ｉｐ＋Δｉ）／Ｉｏ｝ （14） であるから、（13）（14）式より、 Ｖ２１−Ｖ２２＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛（ｉｐ−Δｉ）／（ｉｐ＋Δｉ）｝ （15） と表すことができる。一方、（４）（５）式より、 Ｖ２１−Ｖ２２＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛ｉ２２／（Ｉｓｃ２＋ｉ２１）｝ ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛ｉｔ／（ｉｔ＋Ｉｓｃ２）｝（16) 従って、（15）（16）式より、 （ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛ｉｔ／（ｉｔ＋Ｉｓｃ２）｝ ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｌｎ｛（ｉｐ−Δｉ）／（ｉｐ＋Δｉ）｝ （17） （17）式より、 ｉｔ／（ｉｔ＋Ｉｓｃ２）＝（ｉｐ−Δｉ）／（ｉｐ＋Δｉ） （18） 従って、（18）式より、 Δｉ／ｉｐ＝Ｉｓｃ２／（Ｉｓｃ２＋２×ｉｔ） （19） となる。

【００６５】光センサー回路の場合、フォトダイオード
ＰＤ２の受光信号が小さいので、Ｉｓｃ２≪ｉｔと仮定
すると、 Δｉ／ｉｐ＝（１／２）×（Ｉｓｃ２／ｉｔ） （20） となる。

【００６６】従って、差分電流Δｉは、 Δｉ＝（１／２）×（ｉｐ／ｉｔ）×Ｉｓｃ２ （21） となる。従って、フォトダイオードＰＤ２の出力電流Ｉ
ｓｃ２＝０の場合、ｉｔの値に関わらず、Δｉ＝０とな
る。すなわち、ｉｔは差動アンプ５の両入力に等しくか
かるため、フォトダイオードＰＤ２の出力電流Ｉｓｃ２
が０のときに差動アンプ５の出力電流が生じてしまう、
いわゆるオフセットが原理的に起こらないことになる。

【００６７】この結果、上記の受光アンプ回路３の差動
アンプ５の構成によって、フォトダイオードＰＤ２の出
力電流Ｉｓｃ２に比例した差分電流Δｉを差動アンプ５
から得ることができる。このことにより、出力電流Ｉｓ
ｃ２が微小電流である場合でも、これに比例した差分電
流Δｉを得ることができる簡易な構成の後続アンプを実
現することができる。

【００６８】一方、カレントミラー回路６を構成するト
ランジスタＱ２４のコレクタ電流をｉ２６とし、トラン
ジスタＱ２３・Ｑ２４のベース電流を無視すると、ｉ２
５＝ｉ２６である。すなわち、（21）式で表される差分
電流ΔｉはトランジスタＱ２３のコレクタ電流変化分で
あり、トランジスタＱ２４のコレクタ電流変化分に等し
くなる。

【００６９】従って、抵抗Ｒ２１の値をｒ２１とする
と、受光アンプ回路３の出力電圧変化分は、ｒ２１×Δ
ｉ、すなわち（１／２）×ｒ２１×（ｉｐ／ｉｔ）×Ｉ
ｓｃ２で表され、フォトダイオードＰＤ２の出力電流Ｉ
ｓｃ２に比例したものとなる。

【００７０】これにより、出力端子ＯＵＴ２における出
力電圧Ｖ２４は、トランジスタＱ２４の飽和電圧を無視
すれば、ＧＮＤ電圧から電源電圧までとなる。この結
果、フォトダイオードＰＤ２への大きな光入力に対して
も出力電圧Ｖ２４が飽和しにくい、ダイナミックレンジ
の大きな受光アンプ回路３を得ることができる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１に係る発明の受光アンプ回路
は、以上のように、外部から放射される光を受光して電
流に変換する受光素子と、上記電流を電圧に変換して増
幅する電流電圧変換手段とを有すると共に、上記電流電
圧変換手段から出力される電圧に基づいて出力電圧を出
力する受光アンプ回路において、所定の電圧が印加され
たベースを有するベース接地の第１トランジスタと、上
記第１トランジスタのエミッタに一定電流を供給する第
１定電流回路とを有し、上記電流電圧変換手段は、上記
第１トランジスタの上記エミッタである構成である。

【００７２】それゆえ、受光素子の出力電流を、簡単な
構成のベース接地型ログアンプによって電圧に変換する
ことができる。

【００７３】この結果、受光素子が強い外乱光を受光し
たときでも出力電圧が飽和しないダイナミックレンジの
大きな受光アンプ回路を提供することができると共に、
ログアンプのチップサイズ及びチップコストの低減を図
ることができるという効果を奏する。

【００７４】請求項２に係る発明の受光アンプ回路は、
以上のように、請求項１に記載の受光アンプ回路におい
て、上記第１トランジスタの上記ベースに印加される電
圧は、上記第１トラジスタのコレクタに印加される電源
電圧より上記第１トランジスタの略ベース・エミッタ間
電圧だけ低い構成である。

【００７５】それゆえ、受光アンプ回路に後続アンプを
直結させることができると共に、受光素子の応答速度を
大きくすることができるという効果を奏する。

【００７６】請求項３に係る発明の受光アンプ回路は、
以上のように、請求項１または２に記載の受光アンプ回
路において、上記第１定電流回路から上記エミッタに供
給される電流値によって、上記受光素子の応答速度と、
上記電流値に対する上記受光素子の出力電流のゲインと
が設定される構成である。

【００７７】それゆえ、簡単な構成で、光センサー回路
に必要な応答速度とゲインとを有する受光アンプ回路を
提供することができるという効果を奏する。

【００７８】請求項４に係る発明の受光アンプ回路は、
以上のように、請求項１ないし３に記載の受光アンプ回
路において、上記第１定電流回路から供給される電流に
等しい電流を出力する第２定電流回路、及び上記第２定
電流回路から一定電流が供給されるエミッタと上記ベー
スに印加される電圧に等しい電圧が印加されるベースと
を備える第２トランジスタを有する増幅回路と、上記出
力電圧と上記増幅回路の出力電圧との差分を上記受光素
子の出力電流に比例した差分電流に変換して出力する差
動アンプと、上記差動アンプに一定電流を供給する第３
定電流回路と、上記差分電流を電圧に変換する電圧生成
手段とをさらに有する構成である。

【００７９】それゆえ、受光素子の出力電流が微小電流
である場合においても、上記出力電流に比例した出力電
圧差を得ることのできる後続アンプを簡易な回路で実現
することができるという効果を奏する。

【００８０】請求項５に係る発明の受光アンプ回路は、
以上のように、請求項４に記載の受光アンプ回路におい
て、上記電圧生成手段は、上記差分電流を検知するカレ
ントミラー回路と、上記カレントミラー回路によって検
知された上記差分電流を電圧に変換する抵抗とを有する
構成である。

【００８１】それゆえ、簡単な構成の回路で差分電流を
電圧に変換することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態における受光アンプ回路
の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の他の実施の形態における受光アンプ回
路の構成を示す回路図である。

【図３】従来の受光アンプ回路の構成を示す回路図であ
る。

【図４】従来の他の受光アンプ回路の構成を示す回路図
である。

【符号の説明】 １ 受光アンプ回路 ２ 受光アンプ回路 ３ 受光アンプ回路 ４ 増幅回路 ５ 差動アンプ ６ カレントミラー回路 Ｉ１１ 定電流回路（第１定電流回路） Ｉ２１ 定電流回路（第１定電流回路） Ｉ２２ 定電流回路（第２定電流回路） Ｉ２３ 定電流回路（第３定電流回路） ＰＤ１ フォトダイオード（受光素子） ＰＤ２ フォトダイオード（受光素子） Ｑ１１ トランジスタ（第１トランジスタ） Ｑ２５ トランジスタ（第１トランジスタ） Ｑ２６ トランジスタ（第２トランジスタ） Ｒ２１ 抵抗 Ｖｃｃ 電源電圧 Ｖｏ 出力電圧 Ｖｒｅｆ１１ 電圧 Ｖｒｅｆ２１ 電圧 Ｖ２４ 出力電圧 ΔＩ 差分電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部から放射される光を受光して電流に変
   換する受光素子と、上記電流を電圧に変換して増幅する
   電流電圧変換手段とを有すると共に、上記電流電圧変換
   手段から出力される電圧に基づいて出力電圧を出力する
   受光アンプ回路において、 所定の電圧が印加されたベースを有するベース接地の第
   １トランジスタと、上記第１トランジスタのエミッタに
   一定電流を供給する第１定電流回路とを有し、 上記電流電圧変換手段は、上記第１トランジスタの上記
   エミッタであることを特徴とする受光アンプ回路。
2. 【請求項２】上記第１トランジスタの上記ベースに印加
   される電圧は、上記第１トランジスタのコレクタに印加
   される電源電圧より上記第１トランジスタの略ベース・
   エミッタ間電圧だけ低いことを特徴とする請求項１に記
   載の受光アンプ回路。
3. 【請求項３】上記第１定電流回路から上記エミッタに供
   給される電流値によって、上記受光素子の応答速度と、
   上記電流値に対する上記受光素子の出力電流のゲインと
   が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載
   の受光アンプ回路。
4. 【請求項４】上記第１定電流回路から供給される電流に
   等しい電流を出力する第２定電流回路、及び上記第２定
   電流回路から一定電流が供給されるエミッタと上記ベー
   スに印加される電圧に等しい電圧が印加されるベースと
   を備える第２トランジスタを有する増幅回路と、上記出
   力電圧と上記増幅回路の出力電圧との差分を上記受光素
   子の出力電流に比例した差分電流に変換して出力する差
   動アンプと、上記差動アンプに一定電流を供給する第３
   定電流回路と、上記差分電流を電圧に変換する電圧生成
   手段とをさらに有することを特徴とする請求項１ないし
   ３に記載の受光アンプ回路。
5. 【請求項５】上記電圧生成手段は、上記差分電流を検知
   するカレントミラー回路と、上記カレントミラー回路に
   よって検知された上記差分電流を電圧に変換する抵抗と
   を有することを特徴とする請求項４に記載の受光アンプ
   回路。