JPS61117910A - 光電変換回路 - Google Patents

光電変換回路

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JPS61117910A
JPS61117910A JP59239095A JP23909584A JPS61117910A JP S61117910 A JPS61117910 A JP S61117910A JP 59239095 A JP59239095 A JP 59239095A JP 23909584 A JP23909584 A JP 23909584A JP S61117910 A JPS61117910 A JP S61117910A
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JP
Japan
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field effect
effect transistor
amplifier
receiving element
light receiving
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JP59239095A
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English (en)
Inventor
Hisashi Takada
高田 寿士
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/693Arrangements for optimizing the preamplifier in the receiver

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)利用分野 この発明は、光通信システムにおいて、光信号を電気信
号に変換する光電変換回路に関する。
(ロ)従来技術 光電変換回路として第2図に示す負帰還形変換インピー
ダンス方式が知られている。第2図において、受光素子
11のカソードは逆バイアスラ°圧を印加するため電源
12の正極に接続され、受光素子11のアノードは反転
増幅器13の入力端及び帰還抵抗14を介して反転増幅
器13の出力端に接続されている。そして、受光素子1
1に入光して1″気信に変換された光出力信号は反転増
幅器13により反転増幅され、その出力は帰還抵抗14
によって反転増幅器130入力端に帰還される。前記受
光素子11には寄生容量15が1反転増幅器13には入
力容!#16が存在しており、夫々第2図中破線によっ
て示される。
上記光電変換回路の反転増幅器13の電圧増幅度をA、
帰還抵抗14の値をRf、寄生答i15の値をCpDそ
して入力容i16の値をCAとすると、光電変換回路に
おける周波数特性の高域遮断周波数fc+は近似的に次
式で表わされる。
第3図は、従来の光電変換回路の他の回路構成を示し、
第2図と同様に負帰還形変換インピーダンス方式が採用
されている。第3図の回路の場合。
受光素子11のアノードと反転増幅器13との間には利
得が1である増幅器21が接続されている。増幅器21
の出力電圧は、さらにコンデンサ22を介して受光素子
110カノードに印加される。さらに。
受光素子11のカソードと電源12との間には抵抗23
が接続されている。
上記回路は受光素子11&C対して正帰還をかけること
になり、ブートスラップと称する帰還方式として知られ
ている。即ち、受光素子11のアノード側の交流電圧は
利得1の増幅器2工に印加され、その出力はコンデンサ
nを介して受光素子11のカソードに印加されるから、
受光素子110両端子に印加される交流電位は共に等し
くなる。この結果。
受光素子11に寄生している寄生容t15の両端の交流
電位差は常に零となり、寄生容量15は光電変換回路の
周波数特性に影輯を及ぼさなくなる。
第3図において破線によって示される。増幅器4の入力
容量冴の値をCA’ とすると、この光電変換回路の高
域遮断周波数fctは近似的に次式で表わされる。
(1)式と(21式を比較すると、(2)式は寄生容量
15の値CpDがキャンセルされており、  fct>
fc、 となるから第3図の光電変換回路は第2図の光
電変換回路よりも広帯域の応用に適していることは明ら
かである。
第4図は第3図の増幅器ことして電界効果トランジスタ
31 を使用した場合の回路構成図を示している。即ち
、電界効果トランジスタ31のドレイン端子は電源12
および抵抗23の一端に、そのゲート端子は受光素子1
1のアノード及び帰還抵抗14の一端に、そのンース端
子はソース抵抗32の一端9反転増幅器13の入力端お
よびコンデンサ22の一端に夫々接続されている。
増@器21としてソースフォロワの電界効果トランジス
タ31を使用することが有効であることは広く知られて
いる。電界効果トランジスタのソースフォロワ回路は利
得が1に近<、シかも決して1を超えることは無い。さ
らに、同回路はバイポーラトランジスタによるエミッタ
フォロワ回路に比べて入力容量を大幅に小さくできるか
ら周波数帯域を広(とれて有利である。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 第3図に示すブートスラップを利用した負帰還形変換イ
ンピーダンス方式の光電変換回路における高域遮断周波
i、fc、が(2)式によって表わされるのは、初段に
用いられる増幅器21が利得1.出力インピーダンスが
零である。理想的な場合に限られる。しかしながら実際
の回路においては高域遮断周波数fc2は次式によって
表わされる。
ここで、Guは増幅器21の無負荷時電圧利得。
ZOは増幅器21の出力インピーダンス、Ziは反転増
幅器130入カインピーダンスである。
(3−2)式VCオイテGu = 1 、 Zo = 
OとするとAu=1.したがって(3−1)式において
なる。
ところで、増幅器21として電界効果トランジスタ31
による ソースフォロワ回路を用いた場合には、  G
u = O,Zo == 0なる条件は成立しない。即
ち、ソースフォロワ回路のソース抵抗32の値をRs、
を界効果トランジスタ31の相互コンダクタンスを1m
とすると、増幅器21の出力インピーダンスZOは次の
近似式によって表わされる。
(4−1)式、(4−2)式を(3−2)式に代となる
いま、一般的な数値例として、!i’m=10m5.R
s=IKΩ9反転増幅器13の入力インピーダンスZi
=200Ωとすると(5)式よりAll&?0.63と
なり、(3−1式を参照すると受光素子11の寄生容量
16の値CI)Dが周波数特性に及ぼす影磐を十分補償
できない。特に、動作周波数が+MHzMHz以上には
反転増幅器130入カインピーダンスZiが下がってし
まうため1X界効果トランジスタ310ソ一スフオロワ
回路によって寄生容量16をキャンセルする効果は着る
しく減少する。
この発明は数十MHz以上の高周波領域においても受光
素子の寄生容量に影咎されずに機能する高速動作可能な
光電変換回路を提供することである。
に)問題点を解決するための手段 前記問題を解決するため、この発明は電界効果トランジ
スタと反転増幅器を備えたプートスラップの負帰還形の
光電変換回路において、前記電界効果トランジスタと相
補形のバイポーラトランジスタを当該電界効果トランジ
スタに直結して利得が1に近くかつ出力インピーダンス
の小さい増幅器を当該電界効果トランジスタと共に構成
したものである。
(ホ)作用 電界効果トランジスタとこれと相補形のバイポーラトラ
ンジスタからなる前記増幅器は前記電界効果トランジス
タのみのソースフォロワの増幅器と比較して一層電圧利
得は1に近似し、かつ出力インピーダンスは小さくなる
。このため、この発明の光電変換回路の高域遮断周波数
は高くなり。
高周波数においても十分なプートスラップの効果が得ら
れる。
(へ)実施例 第1図はこの発明の一実施例を示し、第4図の構成と同
一部分には同一符号を附して説明は省略する。第1図に
おいて電界効果トランジスタ31はNチャンネル形とす
る。この電界効果トランジスタ31 K:は電界効果ト
ランジスタ31と相補形をなすpap形のバイポーラト
ランジスタ1が直結される。すなわち、バイポーラトラ
ンジスタ1のベースは電界効果トランジスタ31のドレ
イン端子及び抵抗2の一端に夫々接続され、バイポーラ
トランジスタ1のエミッタは電源12の正極、抵抗23
の一端及び抵抗2の他端に夫々接続され、バイポーラト
ランジスタ1のコレクタは電界効果トランジスタ31の
ソース端子、ソース抵抗32の一端、コンデンサ22の
一端及び反転増幅器13に夫々接続されている。ここに
、電界効果トランジスタ3L バイポーラトランジスタ
1.ソース抵抗32および抵抗2から第1図中、破線に
よって示す増幅器3が構成され工いる。この相補形ソー
スフォロワの増幅器3の電圧利得G’u、出力インピー
ダンスZ’oは次式によって表わされる。
ここに、βはバイポーラトランジスタlの電流増幅率、
rはバイポーラトランジスタ1のエミッタ接地の際の入
力抵抗、  Rdは抵抗2の値である。
(7−1)式、(7−2)式と(4−1’)式。
(4−2)式を比較すると増幅器3の変換コンダクタン
ス1mは第4図における電界効果トランジスタ31の相
互コンダクタンス9mの β=50.Rd=r、y1rL=10rrLSとして変
換コンダクタンス、!i’mを計算すると、li’m=
260m5 となりgmの26倍になる。(5)式にお
(・てg m =260 m S rRs = I K
Ω、Zi =200ΩとしてAuを計算すると、 Au
 ”; 0.98となる。同様に計算によって求めた第
4図におけるAuの数値0.63の比べて大幅に増加し
、この結果、(3−1)式を併せて考えると高域遮断周
波数を増加し、プートスラップによる効果が改善される
。このように、(7−1)式、(7−2)式により出力
インピーダンスZ’。
を小さU、、’II’、圧利得G’uを大きくできるた
め。
数十M Hz以上の高周波領域において受光素子11の
寄生容量16の影咎を除去できる。
反転増幅器130入力容量16の値CA及び電果効果ト
ランジスタ31の入力容量の値CkをCA = Cm=
1pp、受光素子11の寄生容量15の値CpD=2p
F。
電界効果トランジスタ310入カインピーダンスZi 
= 200Ω、帰還抵抗14の値R7=IUKΩ9反転
増幅器13の利得IAl=10とし、 他は前述の数値
により又第1図、第2図および第4図の各光電変換回路
における高域遮断周波数を計算すると、第1図の本発明
では150MHz 、  第2図の従来の回路では53
 MHz 、第4図の従来の回路では58MHzの各値
を得た。本例から明らかなように第1図の回路は着しく
高域遮断周波数を増加することができる。
なお、前記実施例においては電界効果トランジスタ31
をNチャンネル形に、バイポーラトランジスタ1をpn
p形として増幅器3を構成したが、電界効果トランジス
タをPチャンネル形とし、これと相補形をなすnpnの
バイポーラトランジスタによって増幅器3を構成しても
良い。
(へ)効果 この発明の光電変換回路は、ブートスラップの効果によ
って受光素子に寄生する寄生容量を士  。
分にキャンセルすることができ、数十MHz  以上の
高周波数帯域においても機能することができる。
したがって、光ファイバを使用した大容量の高速データ
通信に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す回路構成図。 第2図は従来の光亀変換回路構成因、第3図は他の従来
の光電変換回路構成図、第4図は第3図におい℃電界効
果トランジスタを使用した場合の回路構成図である。 1・・・バイポーラトランジスタ、2・・・抵抗。 3・・・増幅器、 11・・・受光素子、12・・・電
源、13・・・反転増幅器、14・・・帰還抵抗、15
・・・寄生容量、16・・・入力容量、2′1・・・増
幅器、22・・・コンデンサ、23・・・抵抗、24・
・・入力容量、31・・・電界効果トランジスタ、32
・・・ソース抵抗。 特許出願人  住友電気工業株式会社 (外5名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一端が抵抗を介して電源に接続された受光素子と、この
    受光素子の他端に入力端子が接続されるソースフォロワ
    の電界効果トランジスタと、この電界効果トランジスタ
    からの出力を反転増幅する反転増幅器と、この反転増幅
    器の出力端子と前記電界効果トランジスタの入力端子に
    接続される帰還抵抗と、前記電界効果トランジスタの交
    流出力信号を前記受光素子の一端に印加するコンデンサ
    とを備えたブートスラップ方式の光電変換回路において
    、 前記電界効果トランジスタと相補形のバイポーラトラン
    ジスタを当該電界効果トランジスタに直結して利得が1
    に近くかつ出力インピーダンスの小さい増幅器を当該電
    界効果トランジスタと共に構成して前記受光素子に寄生
    する容量の周波数特性への影響を減少したことを特徴と
    する光電変換回路。
JP59239095A 1984-11-13 1984-11-13 光電変換回路 Pending JPS61117910A (ja)

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US4638152A (en) 1987-01-20
AU4985385A (en) 1986-05-29
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