JPS62289013A - スイツチング装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔技術分野〕 この発明は、半導体素子によって構成されるスイッチン
グ装置に関する。

〔背景技術〕

入力端子に信号を入力して回路内のスイッチング素子（
電界効果トランジスタ等）を動作させ、スイッチングを
行うスイッチング装置として、たとえば、第８図に示し
たような回路構成のものがある。このものは、電界効果
トランジスタ（以下ｒＦＥＴＪと記す）Ｔ＋のゲート・
ソース間に光起電力素子Ｐ、が挿入されてなる受光部と
、前記光起電力素子Ｐ１に光を送る入力側の発光素子り
、とを備えたものである。

このようなスイッチング装置では、発光素子Ｌ８に信号
が入力されてこの発光素子り、が発光すると、その光に
よって光起電力素子Ｐ、に光起電力が発生し、それによ
ってＦ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　ｒのソース・ドレイン間がＯＮ状
態となる。発光素子Ｌｌの発光が停止すると、光起電力
素子Ｐ、の光起電力は低下して、ＦＥＴＴ、のソース・
ドレイン間はＯＦＦ状態となる。

以上のように、このスイッチング装置は、入力側である
発光素子Ｌｌ　と、出力側であるＦ　ＥＴＴｌとの信号
のやりとりが光によって行われるようになっているため
、入出力両端子間が電気的に絶縁されている（共通帰線
を有しない）必要がある場合などに利用価値が高いもの
である。

ところが、このようなスイッチング装置では、光起電力
素子Ｐ１が光遮断時には高抵抗となるため、Ｆ　Ｅ　Ｔ
　Ｔ　ｌのゲート・ソース間に蓄積された電荷が放電さ
れにりく（放電の時定数が大きい）、ＦＥＴＴ、のソー
ス・ドレイン間を速やかにＯＦＦ状態とすることができ
ないで、Ｆ　Ｂ　Ｔ　Ｔ　＋がＯＮでもＯＦＦでもない
状態となる恐れがある。

したがって、このようなスイッチング装置では高速かつ
確実な動作をさせることが難しく、問題となっている。

〔発明の目的〕

この発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであって
、高速かつ確実な動作が可能なスイッチング装置を提供
することを目的としている。

〔発明の開示〕

以上の目的を達成するため、この発明は、電界効果トラ
ンジスタと、この電界効果トランジスタのゲート・ソー
ス間に、互いにその極性を逆にして並列に接続された第
１の光起電力素子、および第２の光起電力素子または光
導電素子と、前記第１の光起電力素子とより強く光学的
に結合されている第１の発光素子と、前記第２の光起電
力素子または光導電素子とより強く光学的に結合されて
いる第２の発光素子とを備えてなるスイッチング装置を
要旨としている。

以下に、この発明を、その一実施例をあられす図面を参
照しつつ、詳しく説明する。

まず、第１図の実施例について、説明する。

この実施例では、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ　）　
Ｔ　＋　として、Ｎチャネルのエンハンスメント型ＭＯ
Ｓ　Ｆ　ＥＴが使用されている。そして、そのＦＥＴＴ
、のゲート・ソース間に、フォトダイオードアレイによ
って形成された第１の光起電力素子Ｐ、および第２の光
起電力素子Ｐ２が、互いにその極性を逆にして並列に接
続されて受光部が形成されている。

入力側には、前記第１の光起電力素子Ｐ＋　とは光学的
により強く接続されている（光のやりとりができる）が
、第２の光起電力素子Ｐ２とはより弱く接続されている
か、または、光学的に分離されている（光のやりとりが
できない）第１の発光素子Ｌ１と、この第１の発光素子
り、とは逆に、前記第１の光起電力素子Ｐ、とは光学的
により弱く接続されているか、または、分離されている
（光のやりとりができない）が、第２の光起電力素子Ｐ
２とは光学的により強く接続されている（光のやりとり
ができる）第２の発光素子１．ｚとが設けられている。

このような発光素子Ｌ＋、Ｌ２としては、種々のものが
考えられるが、たとえば、発光ダイオード、レーザーダ
イオード、エレクトロルミネセンス素子等の固体素子が
、この発明に好ましいものとして、あげられる。

以上のような構成からなるこの実施例のスイッチング装
置を作動させるためには、まず、第１の発光素子り、に
信号を入力して、この第１の発光素子り、を発光させる
。そうすると、第１の光起電力素子Ｐ、に正方向の光起
電力が発生して、それがＦＥＴＴｌのゲート・ソース間
に入力され、それによって、このＦＥＴＴ、のソース・
ドレイン間が低インピーダンス状態、すなわち、ＯＮ状
態となる。

前記第１の発光素子ＬＩの発光を停止し、かわって第２
の発光素子Ｌ２に信号を入力して、この第２の発光素子
Ｌ２を発光させると、第２の光起電力素子Ｐ２から逆方
向の光起電力が発生して、それが前記ＦＥＴＴ、のゲー
ト・ソース間に入力される。そうすると、このＦ　Ｅ　
Ｔ　Ｔ　＋　のゲートに蓄積されていた前記第１の光起
電力素子Ｐ、による正方向の光起電力が、この逆方向の
光起電力によって打ち消され、ＦＥＴＴ、のソース・ド
レイン間が高インピーダンス状態、すなわち、ＯＦＦ状
態となる。

以上のように、この実施例によれば、第１の光起電力素
子Ｐ１によって印加され、Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　＋のゲート
に蓄積された正方向の電荷を、第２の光起電力素子Ｐ２
による逆方向の光起電力によって打ち消すことができる
ため、ＦＥＴＴ、のソース・ドレイン間を直ちにＯＦＦ
状態とする、すなわち、高速動作を確実に行うことが可
能となるのである。

つぎに、第２図の実施例について、説明する。

この実施例においても、ＦＥＴＴ、と、このＦＥＴＴ、
のゲート・ソース間に、互いにその極性を逆にして並列
に接続された第１および第２の光起電力素子Ｐ＋、Ｐｚ
と、前記第１の光起電力素子Ｐ１と光学的により強く結
合されている第１の発光素子り、と、前記第２の光起電
力素子Ｐ２と光学的により強く結合されている第２の発
光素子Ｌ２とを備えている点は、先の実施例とかわらな
い。この実施例が先の第１図の実施例と異なるのは、第
２の光起電力素子Ｐ２がフォトダイオードアレイではな
く、１つのフォトダイオードで構成されている点と、前
記ＦＥＴＴ、のゲート・ソース間に、第１および第２の
光起電力素子Ｐ、、Ｐ２と並列に、さらに、抵抗Ｒ，が
設けられている点の２つである。

この実施例は、光起電力素子が光の照射によって光起電
力を発生するとともに、光電流が発生することを、ＦＥ
ＴＴ、のゲートに蓄積された電荷の放電に利用したもの
である。なお、ＦＥＴＴ。

のゲートに蓄積された電荷を放電するためには、前記光
起電力素子Ｐ２を光導電素子に置き換えてもよい。その
場合には、抵抗ＲＩを省略することができる。

この実施例の働きは、以下のようである。すなわち、先
の第１図の実施例と同様に、まず、第１の発光素子Ｌ１
を発光させる。そうすると、第１の光起電力素子Ｐ、に
正方向の光起電力が発生して、それがＦＥＴＴｌのゲー
ト・ソース間に入力される。このとき、この正方向の光
起電力の一部は抵抗Ｒ１を通って放電されてしまうが、
第１の光起電力素子Ｐ１がフォトダイオードを直列に接
続したフォトダイオードアレイであり、その光起電力が
抵抗Ｒ１の放電に比して充分に高いため、ＦＥＴＴ、の
ゲートに電圧が印加される。そして、このＦＥＴＴ、の
ソース・ドレイン間が低インピーダンス状態、すなわち
、ＯＮ状態となる。

第１の発光素子Ｌ１の発光を停止し、かわって第２の発
光素子Ｌ２を発光させると、第２の光起電力素子Ｐ２に
、前述したように光電流が流れるようになり、それによ
って、ＦＥＴＴｌ　のゲートに蓄積されていた前記第１
の光起電力素子Ｐ１による正方向の光起電力が、この第
２の光起電力素子Ｐｔおよび抵抗Ｒ１を通って放電され
、ＦＥＴＴ１のソース・ドレイン間が高インピーダンス
状態、すなわち、ＯＦＦ状態となる。

以上のように、この実施例においては、第２の光起電力
素子Ｐ２を、その光照射時の抵抗値の変化を利用して、
ゲート電荷の放電用として使用しているため、先の第１
図の実施例のようにフォトダイオードアレイとする必要
はなく、１つのフォトダイオードで形成することができ
るようになる。また、この実施例のようにＦＥＴＴ、の
ゲート・ソース間に抵抗Ｒ３を設けておけば、ＦＥＴＴ
８のドレイン電圧の急激な変動によってゲートが浮遊状
態となり、Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　＋が誤動作する、と言うこ
とを防ぐこともできるようになる。なお、前述したよう
に、この光起電力素子Ｐ２を光導電素子に置き換えたと
きには、この光導電素子が遮断時には導通状態となるた
め、誤動作をより少な（することができるようになる。

以上２つの実施例では、第１および第２の２つの発光素
子Ｌｌ、Ｌｍに直接入力信号を入力して制御するように
していたが、この発明では、第３図にみるように、以上
２つの発光素子り、、Ｌ。

が同時に発光しないよう制御する制御部１が設けられ、
そこに入力信号が人力されてこの２つの発光素子Ｌ＋、
Ｌｚの発光が制御されるような構成とすることもできる
。また、このように、制御部１を設けてそれによって２
つの発光素子り、、Ｌ２の発光を制御するようにしてお
けば、この２つの発光素子り、、Ｌ２が同時に発光しな
いよう自動的に制御できるばかりでなく、この制御部１
にランチ機能を持たせておいて、短いパルス信号でスイ
ッチング装置を定常動作させたり、制御部１にＡＮＤ、
ＯＲ等の論理機能を持たせて論理制御させたりすること
もできるようになる。なお、この実施例における受光部
側の構成は、抵抗Ｒ１の有無は別として、先の第２図の
実施例と同様であって、第２の光起電力素子Ｐ２は、Ｆ
ＥＴＴ、のゲート電荷の放電のために使用されるように
なっているが、これは第１図の実施例の受光部側の構成
であってもかまわない。

以上のような制御部１の具体的構成は、この発明では、
特に限定されないが、たとえば、第４図＋８１〜゛第６
図（ａ）、　（ｂｌに示したような回路を利用すること
ができる。

第４図Ｆａ＋の回路は、第１および第２の発光素子Ｌ＋
、Ｌｚが互いに逆の極性となるように、この２つの発光
素子を並列に接続するものである。この回路によって前
記２つの発光素子り、、Ｌ、を制御する場合には、第４
図（ｂ）にみるような正または負の電位の人力信号を、
入力端子２．２に印加する。そうすると、その入力信号
の極性に応じた方の発光素子が発光し、逆の極性となる
発光素子は発光しない。以上のように、この図の回路に
よれば、入力端子２．２に正、負いずれの電位の入力信
号を入力するか、という選択を行うだけで、２つの発光
素子のいずれかのみを発光させることができるようにな
り、２つの発光素子り、、Ｌ２が同時に発光しないよう
制御することが可能となる。

第５図（８１の回路は、ＮチャネルＭＯ３ＦＥＴＴ２お
よびＰチャネルＭＯ３ＦＥＴＴ、のゲート同士をつない
で入力端子３とすることで相補形回路（ＣＭＯ３）が形
成されたものである。そして、このような相補形回路の
出力端子である前記両ＭＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　Ｚ　、
　Ｔ　３のドレインに、前記２つの発光素子Ｌ＋、Ｌｘ
が、それぞれ、接続されている。この回路によって前記
２つの発光素子Ｌ１゜■５□を制御する場合には、動作
のための電圧を前記動作電源端子４に印加しながら、電
源電圧に近い電圧か、または接地電圧に近い電圧の入力
信号を入力端子３に入力する。そうすると、入力された
入力信号の電圧に応じて前記両ＭＯ３ＦＥＴＴ２、Ｔ３
のうちいずれかのソース・ドレイン間が低インピーダン
ス状態となり、それに接続された片方の発光素子のみが
前記動作電源と電気的に接続されて発光する。

第５図ｆｂｌの回路は、前記第５図ｆａｔの回路とは異
なり、Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　ｚ　、　Ｔ　ｓを、
共にＮチャネルＭ　ＯＳ　Ｆ　Ｆ、　Ｔで構成したもの
であるが、電源端子４に動作のための電圧を印加しなが
ら、入力端子３に電源電圧に近い電圧か、または接地電
圧に近い電圧の入力信号を入力する、と言う点では、先
の第５図ｆａｌの回路と同様なものである。そして、上
記信号によって、先の第５図ｆａ）の回路と同様に、発
光素子Ｌ１とＬ２とを交互に発光させることができる。

以上のように、第５図（ａ）、　（ｂｌの例の回路にお
いても、入力端子３に入力する入力信号の選択を行うだ
けで、２つの発光素子のいずれかのみを発光させること
ができるようになり、２つの発光素子１−＋、Ｌｘが同
時に発光しないよう制御することが可能となる。また、
これらの例においては、前述したように、制御部が入力
信号とは別の電源によって駆動されるようになっている
ため、小電流容量の入力信号で発光ダイオードやレーザ
ーダイオード等の大きな駆動電流を必要とする発光素子
を駆動させることができるし、第５図（ｂｌの回路では
、通常の信号レベル（５■）でエレクトロルミネセンス
素子等の高電圧が必要な発光素子を駆動させることがで
きるようになる、と言う効果もある。しかも、このよう
な大電流や高電圧は高速伝送することが難しいが、以上
のような回路によれば、伝送される信号は低電圧、小電
流の入力信号であるため、高速伝送することが可能であ
り、スイッチング装置の動作をより高速化することもで
きるようになる。

第６図（ａｌ、　（ｂｌの回路は、第１の発光素子ｒ−
、と第２の発光素子Ｌ２とが、それぞれ、抵抗Ｒ２゜Ｒ
３と直列に接続され、それが、さらに、直列に接続され
てなるものである。そして、このような回路の一端が動
作電源端子Ｖｃい他端が共通帰線ＧＮＤ、そして、発光
素子Ｌ１と抵抗Ｒ３との間が入力端子Ｖｌｌｌとなって
いる。この回路によって前記２つの発光素子Ｌ＋、Ｌｚ
を制御する場合には、動作電源端子Ｖ　ｃｃに電圧を印
加しながら、入力端子Ｖ　ｉ　ｎを、この動作電源と同
電位とするが、あるいは、共通帰線ＧＮＤと同電位にす
るか、と言う選択を行えばよい。入力端子Ｖ　ｉ　ｎを
共通帰線ＧＮＤと同電位にした場合には、第６図＋８１
にみるように、電流は動作電源端子Ｖ　ｃｃと入力端子
■１．。

との間を流れ、それによって発光素子Ｌ１が発光する。

また、入力端子■ｉをこの動作電源と同電位にした場合
には、第６図中）にみるように、電流は入力端子Ｖ８ゎ
と共通帰線ＧＮＤとの間を流れ、それによって発光素子
り、が発光する。なお、動作電源端子Ｖｃｃおよび入力
端子■１□に印加される電圧や、抵抗Ｒ２，Ｒ３の抵抗
値は、使用される発光素子Ｌ＋、Ｌｚの種類、出力等に
よって適宜選べばよい。

以上のような第６図（ａｌ、　Ｑｌｌの回路を制御部１
として使用したスイッチング装置の一実施例を第７図に
示す。このスイッチング装置は、第１の光起電力素子Ｐ
、と第２の光起電力素子Ｐ２と抵抗Ｒ４とがＦＥＴのゲ
ート・ソース間に並列に接続されている、という点で第
２図の実施例と同様である。この実施例が先の第２図の
実施例と異なっているのは、ＦＥＴが共通のゲートおよ
びソースを有する２つのＦＥＴＴ、、Ｔ、であるという
点である。このようにＦＥＴを２つ設けておけば、交流
を制御することができるようになる。

これまでは、以上の図の実施例にもとづいてのみ、この
発明のスイッチング装置を説明してきたが、この発明は
以上の実施例に限定されるものではない。たとえば、以
上の実施例では、ＦＥＴとして、Ｎチャネルのエンハン
スメント型ＭＯ３ＦＥＴが使用されていたが、これはＰ
チャネルのものであってもかまわない。そして、その場
合には、第１および第２の光起電力素子Ｐ１．Ｐ２の極
性が逆になることは、いうまでもない。また、以上の実
施例では第１の光起電力素子Ｐ１や第２の光起電力素子
Ｐ２として、複数のフォトダイオードが接続されたフォ
トダイオードアレイが使用されていたが、１つでもＦ　
Ｅ　Ｔ　Ｔ　＋を作動させるに充分な出力電圧を発生で
きる素子が得られるのであれば、１つの素子からなる光
起電力素子を使用することもできる。

要するに、電界効果トランジスタと、この電界効果トラ
ンジスタのゲート・ソース間に、互いにその極性を逆に
して並列に接続された第１の光起電力素子、および第２
の光起電力素子または光導電素子と、前記第１の光起電
力素子とより強く光学的に結合されている第１の発光素
子と、前記第２の光起電力素子または光導電素子とより
強く光学的に結合されている第２の発光素子とを備えて
いるのであれば、その他の構成は特に限定されないので
ある。

〔発明の効果〕

この発明のスイッチング装置は、以上のようであり、電
界効果トランジスタと、この電界効果トランジスタのゲ
ート・ソース間に、互いにその極性を逆にして並列に接
続された第１の光起電力素子、および第２の光起電力素
子または光導電素子と、前記第１の光起電力素子とより
強く光学的に結合されている第１の発光素子と、前記第
２の光起電力素子または光導電素子とより強く光学的に
結合されている第２の発光素子とを備えていて、電界効
果トランジスタのゲートに蓄積された電荷が第２の光起
電力素子または光導電素子の動作によってただちに放電
されるようになっているため、この電界効果トランジス
タのソース・ドレイン間を直ちにＯＦＦ状態とすること
ができ、高速かつ確実な動作が可能なものとなる。なお
、この発明では、第１の発光素子の光が第２の光起電力
子に漏洩したところで、この第２の光起電力素子に届く
光よりも、第１の光起電力素子に届く光の方が大きいた
め、第１の光起電力素子に発生する電圧あるいは電流は
、第２の光起電力素子に発生する電圧あるいは電流より
も大きく、スイッチング装置は確実に動作することがで
きる。このことは、逆の場合にも同様であって、第２の
発光素子の光が第１の光起電力子に漏洩したところで、
この第１の光起電力素子に届く光よりも、第２の光起電
力素子に届く光の方が大きいため、第２の光起電力素子
に発生する電圧あるいは電流は、第１の光起電力素子に
発生する電圧あるいは電流よりも大きく、スイッチング
装置は、やはり、確実に動作することができる。また、
２つの発光素子が同時に発光するようであっても、この
２つの発光素子のうち、いずれかがより強く発光してい
れば、動作を行うことができる。したがって、この発明
のスイッチング装置においては、装置の設計が著しく容
易になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のスイッチング装置の一実施例をあら
れす回路図、第２図はこの発明の別の実流側をあられす
回路図、第３図はこの発明のさらに別の実施例をあられ
す回路図、第４図［８１は第３図の回路に使用される制
御部の回路の一例をあられす回路図、第４図（ｂｌは第
４図（ａ）の回路に入力される入力信号の例を説明する
説明図、第５図（ａ）。 山）は、それぞれ、は制御部の回路の別の例をあられす
回路図、第６図ｆａｌ、　（ｂｌは制御部の回路のさら
に別の例における動作を説明する説明図、第７図は第６
図ｆａｌ、　（ｂｌの回路を制御部として使用したこの
発明のさらに別の実施例をあられす回路図、第８図は従
来のスイッチング回路の一例をあられす回路図である。 Ｔ、・・・電界効果トランジスタ　Ｐｌ・・・第１の光
起電力素子　Ｐ２・・・第２の光起電力素子または光導
電素子　Ｌ、・・・第１の発光素子　Ｌ２・・・第２の
発光素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電界効果トランジスタと、この電界効果トランジ
   スタのゲート・ソース間に、互いにその極性を逆にして
   並列に接続された第１の光起電力素子、および第２の光
   起電力素子または光導電素子と、前記第１の光起電力素
   子とより強く光学的に結合されている第１の発光素子と
   、前記第２の光起電力素子または光導電素子とより強く
   光学的に結合されている第２の発光素子とを備えてなる
   スイッチング装置。
2. （２）電界効果トランジスタのゲート・ソース間に、さ
   らに、抵抗が並列に接続されている特許請求の範囲第１
   項記載のスイッチング装置。
3. （３）第１および第２の発光素子が、入力信号に応じて
   いずれか一方のみを発光させる制御部に接続されていて
   、同時には発光しないようになっている特許請求の範囲
   第１項または第２項記載のスイッチング装置。
4. （４）第１および第２の発光素子が、入力信号とは別の
   電源によって駆動されるようになっている特許請求の範
   囲第３項記載のスイッチング装置。