JPS62269416A - ダイオ−ド特性を有する回路素子の駆動回路 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、発光ダイオードのようなダイオード特性を有
する回路素子の駆動回路に関するものであり、更に詳述
するならば、そのような駆動回路に使用されるスピード
アップ回路の改良に関するものである。

従来の技ｉ哲 近年、従来の同軸ケーブルを用いた電気通信に代わり、
大容量情報伝送の可能な光ファイバを用いた光通信が脚
光を浴びている。光通信においては、情報の担い手は従
来の電気パルスではなく光パルスである。その光源とし
ては、発光ダイオード（以下”　Ｌ　Ｅ　Ｄ″′という
）や半導体レーザ〈以下゛′ｌ−５Ｄ　”という）が、
その高信頼性、小型軽量、低消費電力、低電圧駆動等の
優れた特性を有するため広く用いられている。

Ｌ　ＤはＬＥＤに比べて■光出力が大きい；■光スペク
トル幅が狭い；■光位相が揃っている：■動作点での直
流抵抗及び容量が小さく高速駆動が容易である等の長所
を持つが、その反面■熱的に不安定である；■価格が高
いなどの短所がある。

そこで、比較的簡易な光通信システムにおいては、光源
としてＬ　Ｅ　Ｄを採用することが多い。

第２図（ａ）、（１））は、ｌ・ランジス９　Ｔ　ｒを
使用した最も簡単な１．、　Ｅ　Ｄ駆動回路の主要部を
示す。第２図（ａ）の回路では、バイポーラトランジス
タＴｒのエミッタにＬ　Ｅ　Ｄを接続し、第２図（ｂ）
の回路では、バイポーラトランジスタＴｒのコレクタに
Ｌ　Ｅ　Ｄを接続し、それぞれトランジスタＴｒのベー
ス電圧を制御することよりトランジスタＴｒをオン・オ
フして、Ｌ　Ｅ　Ｄを駆動する。

これらの駆動回路ではＬ　Ｅ　Ｄに並列に接続している
回路はなく、従ってり、　Ｅ　Ｄの端子間すなわち接合
部に蓄えられた電荷はＬ　Ｅ　Ｄ自体の抵抗により放電
される以外ない。そのため、第３図（ａ）に示すような
電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性と第３図α））に示すような
電流−光量（Ｉ−Ｌ　）特性とを有するり、　Ｅ　Ｄで
は、消光時、すなわちＬＥＤの電流が少なくなった時に
Ｌ　Ｅ　Ｄ自体の直流抵抗（第３図（ａ）の原点と、曲
線上の動作点とを結んだ線の勾配の逆数に相当）は急速
に大きくなる。このため第２図（ａ）、（ｂ）のような
回路構成では、ＬＥＤに充電された電荷の放電が急速に
は行なわれず、電流を切った後も発光が尾を引くことに
なる。

典型的な例として、Ｌ　Ｅ　Ｄの電流が５００μΔとな
った時を考える。Ｌ　Ｅ　Ｄはダイオードの一種である
ので、ＬＥＤ端子間電圧は約０．５■である。

また、この時のＬ　Ｅ　Ｄの容量を２００　ｐ　Ｆ程度
とすると、時定数τ（−ＣＲ＝２００ｐＦｘＯ，５Ｖ１
５００μＡ）は２００マイクロ秒となる。この例からも
明らかなように、消光比を大きくとったり、数ＭＨｚ以
−にの変調をかけることが不可能となる。

そこで、消光時にＬＥＤの直流抵抗が増大し、時定数が
大きくなるのを防ぐ目的で、第４図（ａ）、（シ））に
示すようにＬＥＤに並列に放電用抵抗Ｒ（数１０Ω程度
）を接続する回路がある。この抵抗Ｒは、Ｌ　Ｅ　Ｄの
消光時にＬＥＤに蓄えられている電荷を放電させ、速や
かに消光するのに役立つ。しかし、Ｌ　Ｅ　Ｄ発光時に
もこの抵抗を電流が流れてしまい、消費電力を増大させ
るという不都合が生じる。また、同様の目的から第５図
に示すように、抵抗Ｒｂに直列に接続したＬＥＤを、電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により分路して消光を促
進する回路（シャント式Ｌ　Ｅ　Ｄ駆動回路）も用いら
れる。しかし、これもＬＥＤの発光・消光に係わりなく
、Ｌ　Ｅ　ＤとＦＥＴのいずれか一方を電流が常時流れ
るため消費電力を増大してしまう。

これに対し、容量性負荷の駆動に有効ないわゆるスピー
ドアップ回路は、消費電力を殆ど増加せずに、高速駆動
が可能なため、多くの回路で用いられている。このスピ
ードアップ回路を、第４図（ａ）及び（ｂ）並びに第５
図のＬ　Ｅ　Ｄ駆動回路に適用した例を第６図（ａ）、
（ｂ）、（Ｃ）に示す。また、これらのスピードアップ
回路の等価回路を第７図に示す。

ここで、Ｒ５Ｘｃｓはスピードアップ回路の抵抗と容量
、ＲＬＥＤ、ＣＩ、ＨＤはＬＥＤの動作点での固有抵抗
、固有容量を示す。人力■１．．のインピーダンスは零
とする。Ｖ　ｏ　ｕ　ｔはＬＥＤの両端電圧に相当する
。この回路を解析するならば、 （二十ＪωＣ５）（Ｖｉ、−Ｖｏ、、）　−Ｒｓ 、’、（＝＋　ｊωＣ５）Ｖｉｌ、− Ｒ８ となり、その伝達関数は、 となる。ここで、 ：　　（＋　　　　　）　−Ｃｓ：　　（Ｃ，＋ＣｔＥ
ｎ）Ｒ，Ｒ−’　　ＲＬＥＤ となるためには、 Ｒｓ　Ｃｓ　＝　ＲＬｅｎ　Ｃｔｐｎ でなければならない。これが成立するように、Ｒ５１Ｃ
６の値を選ぶと、伝達関数の値は実数値となりＶｌｈの
ステップ入力に対し、Ｖｏｕｔは波高値の違うステップ
応答を示す（第８図（ａ）参照）。また、Ｒ５Ｃｓ＜Ｒ
ＬＥＤＣＬＥ［ｌではＶ　ｉ　ｎのステップ入力に対し
て積分応答に近いレスポンスを示しく第８図（ｂ）参照
）　、Ｒ５Ｃｓ＞ＲＬＰ、。ＣＬＥＤでは■１．．のス
テップ人力に対し微分応答に近いレスポンスを示す（第
８図（Ｃ）参照）。

このようにスピードアップ回路の効果は、Ｒ５Ｃ５の積
の値で表わされ、第８図かられかるように、この値がＲ
ＬＩ！ＤＣＬＥＤの値に比べて大きいほどスピードアッ
プの効果が上がる。

しかし、Ｒ５の値を大きくすると、ＬＥＤに電流を流す
ために、より高い電源電圧を必要とし、同時にスピード
アップ抵抗Ｒ，での消費電力が増大するという不都合が
生じる。

一方、Ｃｓを増大するにはコンデンサを大きくしなけれ
ばならず、必然的にそのリードインダクタが効いてくる
という不都合が生じ、そのためあまり大きなものは用い
られない。また、大きな容量Ｃｓとして用いることはオ
ーバドライブによりＬＥＤの破壊も懸念される。

これらのことからＲ５とＣ３の値には適当な値があり、
それより大きくすることはできないという事情がある。

ところが、ＬＥＤの動作時、ＲＬ　Ｅ　Ｄ　ＳＣＬ　Ｅ
　Ｄは動的に変化し、特に消光近くになった時にはＲＬ
Ｅ。

が急増する。ＲＬＥｔｌが急増したとき、Ｒ，Ｃ，＞Ｒ
ＬＥＩＩＣＬＥ［ｌの関係が成立するようＲ５とＣｓを
選定することは、既に上に述べたように電源電圧を徒に
高くしなければならないかまたはオーバドライブの危険
が生じるため、全く不適当である。このため、ＬＥＤの
駆動回路にスピードアップ回路を組込んでもＬＥＤの消
光を促進することは期待できないというのが実態であっ
た。

そこで、本件出願人は、第９図に示すようなスピードア
ップ回路を組み込んだ駆動回路を提案している。同図に
おいて、ダイオードＤ、は容量素子Ｃｓと並列に接続さ
れてスピードアップ回路と形成している。

第１０図に、第９図の回路の交流等価回路を示す（ＲＤ
−及びＲＬＥＩ＋は動作点により大きく値が変化するの
で、可変抵抗で表わしている）。

第６図に示すような従来のスピードアップ回路において
は、ＬＥＤが消光近くになった時、ＲＬＥＤＣＬＥＤの
積が増大する一方で、Ｒｒ、が定数であるため、Ｒ，Ｃ
，は一定値のままであり、そのためスピードアップの効
果が小さかった。しかし、第９図の駆動回路のように、
ダイオードＤ５の動的固有抵抗をスピードアップ抵抗と
して用いると、ＬＥＤが消光近くなり、ＲＬＥＩＩＣＬ
ＥＤの積が増大すると同時にスピードアップダイオード
の直流抵抗Ｒ８５も増大する。その結果、Ｒｎ　ｓＣｓ
の積も増大してスピードアップ回路がその効果を低下す
ることなく発揮する。

また、第６図に示す従来のスピードアップ回路では、Ｌ
ＥＤの消光時にもＲ５Ｃｓ＞ＲＬＥ［１ＣＬＦ、。の関
係が成立するようＲ５とＣｓを選定した場合、電源電圧
を徒に高くして、それ伴い消費電力の増大が避けられな
かったが、第９図の駆動回路では、電源電圧を高くする
必要がないので、消費電力の増大を避けることができる
。

ところで、このようなスピードアップ回路をディスクリ
ート素子で構成すると、第１１図に示すようにダイオー
ドＤｓの両端のリードインダクタＬ。

及び■７２とスピードアップコンデンザＣ５で並列共振
回路を構成することとなる。そのような場合は、共振回
路が共振すると、インピーダンスが高くなって、高速駆
動が困難となることがある。第９図の回路を、ｃ、　＝
３３０　ｐ　Ｆとしてディスクリート素子で構成したと
ころ、光の立上りの途中１ナノ秒前後の時点で、光出力
のキンク（曲がり）が８忍められた。その周波数ｆを解
析すると、 ！−１５００Ｍ　Ｈｚ となり、光出力のキンクは、５００Ｍ１ｌｚ程度の並列
共振によるものと考えられる。

＾町ｌ−解決しようすＡ／劃側ｊ、ｕ、ｙな本発明は、
この点に鑑み、高い電源電圧を用いることなく、七つ消
費電力を増大させることなく、更に、光出力のキング（
曲がり）がない、ダイオード特性を有する回路素子の不
動作状態への移行の高速化を図るスピードアップ回路を
組込んだ駆動回路を提供ずろことを目的としている。

」ｊ−題、張全解決する友竺ｐ」−耶 ずなわぢ、本発明によるならば、ダイオード特性を有す
る回路素子に直列に接続されるスピードアップ回路と前
記回路素子を駆動する駆動手段とを備える、ダイオード
特性を有する回路素子の駆動回路において、前記スピー
ドアップ回路は、ダイオードと容量素子との並列回路を
具備し、前記並列回路のダイオードを含む枝路と前記駆
動素子とがモノリンリックに集積化されて構成される。

作用 以」ユのような駆動回路において、駆動しようとするダ
イオード特性を有する回路素子が、その回路素子の遮断
時などにおいて、その動的固有抵抗を急増させても、そ
の回路素子と直列に接続されているスピードアップ回路
のダイオードの動的固有抵抗も同一条件において連鎖的
に急増する。一方、前記並列回路のダイオードを含む枝
路と前記駆動素子とがモノリンリックに集積化されてい
るので、ダイオードの両端のリードの寄生インダクタン
スはほとんどない。従って、ダイオード特性を有する回
路素子の動的固有抵抗及び容量をＲＬＥＩ＋及びＣ１，
２１１とし、スピードアップ回路のダイオードの動的固
有抵抗をＲｓとし、更に容量素子の容量をＣｓ　とする
と、回路素子の不動作状態への移行とき、ＲＬＥＤＣＬ
Ｉ＋１１が増大しても、Ｒ５Ｃ５も同様に増大し、Ｒ５
Ｃｓ＞ＲＬＥＤＣＬＩ！Ｄの条件またはＲ５Ｃｓ　”　
ＲＬＥＩＩ　ＣＬＨｌｌの条件を維持できる。かくして
、回路素子の不動作状態への移行の高速化を図ることが
できる。

それ故、本発明の駆動回路をＬ　Ｅ　Ｄの駆動回路に適
用した場合、消光時においても、ＲｔＥｎＣｔＥｎに対
してＲｓＣ，を十分な値に維持して消光の高速化を達成
できる。

実施例 以下、添付図面を参照した本発明による駆動回路の実施
例を説明する。

第１図は、本発明を実施した発光ダイオードの駆動回路
の概略構成図である。なお、第９図の回路と同一部分は
同一参照符号を付しである。第９図との比較かられかる
ように、第１図の回路は、基本的な回路構成については
第９図の回路と同一であり、相違点は、第１図に点線で
囲んだ部分をモノリシックに一体化したことである。

このようにスピードアップダイオードをディスクリート
素子とせず、駆動素子を構成するＦ　Ｅ　Ｔと一体化し
てしまうことによりインダクタ成分を減らしスピードア
ップ回路部の並列共振を防ぐことができる。

このようにして駆動素子と、ダイオードと一体化した駆
動回路により第１図のようにＬＥＤと駆動したところ、
光のキングも現れず、綺麗な光変調パターンと得ること
ができた。

なお、スピードアップ回路のダイオードとしてショット
キーバリアダイオードを用いると、一般にショットキー
バリアダイオードは立上りが鋭いので、ＬＥＤ消光時の
ショットキーバリアダイオードの直流抵抗の変化が、Ｌ
ＥＤ自体の直流抵抗の変化よりも急激なため、消光を一
層加速することとなる。

第１図の本発明の駆動回路で、ダイオードＤ。

をショットキーバリアダイオードとし且つＣｓ−３３０
ｐ　Ｆとして、ＬＥＤを駆動した。その時、光の立上り
時間は１．２ナノ秒、立下り時間は１．２ナノ秒となり
、且つ光出力のキンクは見られなかった。

更に、第１図に示す本発明による駆動回路に使用されて
いるスピードアップ回路は、第４図（ａ）及び（ハ）に
示す駆動回路にも同様に適用できる。

また、第１図に示す本発明による駆動回路の実施例は、
ダイオード１個と容量素子１個だけのスピードアップ回
路を使用しているが、第１２図（ａ）のようにダイオー
ドＤ、１、ＤＳ２、ＤＳ３を複数個直列接続すると共に
、それらダイオードに容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３をそれ
ぞれ並列に接続してもよい。更に、スピードアップのか
け方の調整のために、第１２図（ｂ）に示すように、ス
ピードアップ回路のダイオードＤ５　に、抵抗ｒと容量
素子Ｃとの並列回路を直列に接続してもよい。

また、第１３図（ａ）のようにダイオードＤＳＩ、ＤＳ
２、Ｄ　Ｓ　３を複数個単に直列接続するだけでもよい
。更に、スピードアップのかけ方を単純に調整するため
に、第１３図（ｂ）に示すように、スピードアップ回路
のダイオードＤｓに抵抗ｒを直列に接続してもよい。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によるダイオー
ド特性を有する回路素子の駆動回路によれば、高い電源
電圧を用いることなく、且つ消費電力を増大させること
なく、更に、光出力のキンク（曲がり）がない、ダイオ
ード特性を有する回路素子の不動作状態への移行の高速
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるスピードアップ回路を組込んだ
ＬＥＤ駆動回路の実施例を示す基本回路図、 第２図（ａ）、（１））は、従来のＬＥＤ駆動回路の基
本構成を示す回路図、 第３図（ａ）、ら）は、それぞれＬＥＤのＩ−Ｖ特性と
Ｉ−Ｌ特性とを示すグラフ、 第４図（ａ）、（ｂ）は、放電抵抗を施した従来のＬＥ
Ｄ駆動回路を示す基本回路図、 第５図は、従来のシャント式ＬＥＤ駆動回路を示す基本
回路図、 第６図（ａ）、ら）、（Ｃ）は、従来のスピードアップ
回路を組込んだＬＥＤ駆動回路を示す基本回路図、第７
図は、第６図に示す従来のスピードアップ回路とＬＥＤ
の交流等価回路図、 第８図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は、第７図の回路におけ
る人力の変化とそれに対応しての出力の変化を示すグラ
、フ、 第９図は、本出願人が提案したスピードアップ回路を組
込んだＬ　Ｅ　Ｄ駆動回路の例を示す基本回路図、 第１０図は、第９図に示す駆動回路の交流等価回路図、 第１１図は、第９図に示す駆動回路のダイオードのリー
ドの寄生インダクタンスを示す回路図、第１２図（ａ）
、（ｂ）は、本発明の駆動回路に組入れるスピードアッ
プ回路の別の構成を示す回路図、第１３図（ａ）、ら）
は、本発明の駆動回路に組入れるスピードアップ回路の
更に別の構成を示す回路図である。 （主な参照番号） Ｔｒ　　・・トランジスタ、 Ｌ　Ｅ　Ｄ・・発光ダイオード、 Ｆ　Ｅ　Ｔ・・電界効果トランジスタ、ＣＳ　・・スピ
ードアップ容量素子、

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイオード特性を有する回路素子に直列に接続さ
   れるスピードアップ回路と前記回路素子を駆動する駆動
   素子とを備え、前記スピードアップ回路は、ダイオード
   と容量素子との並列回路を具備しており、前記並列回路
   のダイオードを含む枝路と前記駆動素子とがモノリンリ
   ックに集積化されていることを特徴とするダイオード特
   性を有する回路素子の駆動回路。
2. （２）前記回路素子が発光ダイオードであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のダイオード特性を
   有する回路素子の駆動回路。
3. （３）前記ダイオードがショットキーバリアダイオード
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載のダイオード特性を有する回路素子の駆動回
   路。
4. （４）前記スピードアップ回路のダイオードに抵抗と容
   量素子との並列回路を直列に接続したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に
   記載のダイオード特性を有する回路素子の駆動回路。
5. （５）前記スピードアップ回路のダイオードは、直列に
   接続された複数のダイオードで構成され、各ダイオード
   にそれぞれ容量素子を並列に接続したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に
   記載のダイオード特性を有する回路素子の駆動回路。