JPS63234568A - 発光ダイオ−ド駆動装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は発光ダイオード駆動装置に関し、さらに詳細
にいえば、光ファイバを使用してディジタル信号を伝送
する光伝送システムにおいて、電気データ信号を光デー
タ信号に変換する発光ダイオード駆動装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から光ファイバを伝送路として使用する光伝送シス
テムにおいては、電気データ信号を光データ信号に変換
して光ファイバに送り込むための電気−光変換装置が光
送信側に取付けられている。

そして、上記電気−光変換装置において使用される半導
体発光素子として、従来から半導体レーザ（以下、ＬＤ
と略称する）、および発光ダイオード（以下、ＬＥＤと
略称する）の２種類が提供されている。このうち、ＬＥ
Ｄは、光ファイバへの結合パワーの点でＬＤに劣るので
あるが、低価格、高信頼性、および取扱いの容易さの点
でＬＤより優れているので、近年広く使用されるに至っ
ている。

上記ＬＥＤを駆動するために、従来から、■　第５図に
示すように、トランジスタ（２１）の負荷として、補償
回路（２３）を介してＬ　Ｅ　Ｄ　（２２）を直列接続
することにより、Ｌ　Ｅ　Ｄ　（２２）を駆動する回路
、 ■　第６図に示すように、トランジスタ（２１）のエミ
ッターコレクタ端子間に補償回路（２３）、およびＬ　
Ｅ　Ｄ　（２２）からなる直列回路を並列接続し、並列
接続回路に対して定電流源（２４）を接続することによ
り、トランジスタ（２１）の遮断状態に対応させてＬ　
Ｅ　Ｄ　（２２）を点灯させる回路、および■　第７図
に示すように、ｎｐｎ　トランジスタ（２１ａ）とｐｎ
ｐ　トランジスタ（２１ｂ）とを、エミッタ端子同士を
接続した状態のコンプリメンタリ回路に対して、上記ｐ
ｎｐ　トランジスタ（２１ｂ）のエミッターコレクタ端
子間に補償回路（２３）、およびＬ　Ｅ　Ｄ　（２２）
からなる直列回路を並列接続し、両トランジスタ（２１
ａ）　（２１ｂ）のベース端子に同時に制御信号を供給
することによりＬ　Ｅ　Ｄ　（２２）の点灯を制御する
回路 が提供されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記第５図の構成の電気−光変換装置であれば、構成が
簡単で、しかもトランジスタ（２１）が遮断状態になれ
ばＬ　Ｅ　Ｄ　（２２）にはトランジスタ（２１）の遮
断電流に相当する微小電流が流れるだけであるから、Ｌ
　Ｅ　Ｄ　（２２）の消光比が高いのであるが、Ｌ　Ｅ
　Ｄ　（２２）がそれ自体寄生容量成分を有しているの
であるから、消光されるまでの所要時間が、トランジス
タの遮断所要時間よりも長くなってしまう（具体的には
、寄生容量に蓄えられた電荷が電流遮断時にＬ　Ｅ　Ｄ
　（２２）を通して放電されるために、出力光波形が直
ちには遮断状態にならず、いわゆる立下りのすそ引き現
象を呈することになる）という問題がある。即ち、トラ
ンジスタ（２１）のベース端子に供給される信号の周波
数が高くなって、短時間の間に発光、消光を反復する必
要があっても、消光までに時間がかかるので、トランジ
スタ（２１）のベース端子に供給する信号周波数を余り
高くすることができず、単位時間当りのデータ伝送量を
増加させることができないことになるのである。また、
特に高速変調を行なう必要がある場合には、トランジス
タ（２１）が飽和し、電気データ信号に対応する光デー
タ信号を出力することができる限界の高速変調が制限さ
れるという問題がある。

上記第６図の構成の電気−光変換装置であれば、トラン
ジスタ（２１）とＬ　Ｅ　Ｄ　（２２）とが並列接続さ
れているのであるから、トランジスタ（２１）のベース
端子に供給する信号周波数を高くすることができるので
あるが、トランジスタ（２１）を導通状態にすることに
よりＬ　Ｅ　Ｄ　（２２）を消光させるのであるから、
消光状態においてもある程度の電圧がＬＥＤ（２２）に
印加されることになり、消光比が低くなってしまうとい
う問題がある。即ち、消光比が低ければ、ディジタル２
値データに対応する発光状態と消光状態とのレベル差が
低くなるので、伝送路が長くなった場合に、ディジタル
データを誤認識してしまう可能性が高くなるのである。

上記第７図の構成の電気−光変換装置であれば、高い信
号周波数に十分に追従することができるとともに、十分
な消光比を達成することができるのであるが、上記両ト
ランジスタ（２１ａ）　（２１ｂ）として互に同一の特
性を有するものを使用しなければならないのであり、し
かも、一般的にｐｎｐ　トランジスタとして許容電流が
大きく、かつ動作速度が高いものを得ることは非常に困
難であるから、電流容量が大きく、かつ動作速度が高い
電気−光変換装置を得ることができないという問題があ
る。

さらに、ｐ、ｎｐトランジスタの動作速度はｎｐｎトラ
ンジスタに比べて遅いのであるから、次の立上りが遅れ
ること等の原因によりパルス幅歪、ジッタ等を引起し、
伝送データ品質を低下させてしまうという問題がある。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
高速の変調を行なうことができるとともに、発光量を多
くすることができる発光ダイオード駆動装置を提供する
ことを目的としている。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、第１の発明の発光ダイオ
ード駆動装置は、ｎｐｎ　トランジスタとｐｎｐ　トラ
ンジスタとが、コレクタ端子同士を接続することにより
直列接続されているとともに、ｐｎｐ　トランジスタと
並列に発光ダイオードが接続されており、上記ｎｐｎ　
）−ランジスタのベース端子に発光ダイオード点灯制御
用のパルス信号が直接供給されているとともに、両トラ
ンジスタのベース端子間に、パルス信号の立下りに対応
して、上記ｐｎｐ　トランジスタに対する順バイアス信
号を生成する信号変換手段が接続されているものである
。

但し、上記ｎｐｎトランジスタが、差動回路を構成する
１対のｎｐｎ　トランジスタの一方であることが好まし
い。

また、上記ｐｎｐ　トランジスタの制御端子に微小な順
バイアスが印加されていることが好ましい。

また、第２の発明の発光ダイオード駆動装置は、ｎチャ
ンネル電界効果トランジスタとｎチャンネル電界効果ト
ランジスタとがドレイン端子同士を接続することにより
直列接続されているとともに、ｎチャンネル電界効果ト
ランジスタと並列に発光ダイオードが接続されており、
上記ｎチャンネル電界効果トランジスタのゲート端子に
発光ダイオード点灯制御用のパルス信号が直接供給され
ているとともに、両電界効果トランジスタのゲート端子
間に、パルス信号の立下りに対応して、ｎチャンネル電
界効果トランジスタに対する順バイアス信号を生成する
信号変換手段が接続されているものである。

但し、ｎチャンネル電界効果トランジスタが、差動回路
を構成する１対のｎチャンネル電界効果トランジスタの
一方であることが好ましい。

また、ｎチャンネル電界効果トランジスタのゲート端子
に微少な順バイアスが印加されていることが好ましい。

く作用〉 上記第１の発明の発光ダイオード駆動装置であれば、Ｌ
ＥＤを点灯制御するためのパルス信号をｎｐｎ　トラン
ジスタのベース端子に供給することにより、ｎｐｎ　ト
ランジスタを導通状態とし、ＬＥＤに通電して発光させ
ることができる。そして、この場合における立上りは、
ｎｐｎトランジスタの立上りが速いのであるから、速く
なる。また、この場合には、ｐｎｐトランジスタが遮断
状態に保持され続ける。

上記パルス信号が立下った場合には、ｎｐｎ　トランジ
スタが遮断状態になるので、ＬＥＤへの通電が遮断され
、消光させられることになるのであるが、そのままであ
れば、ＬＥＤが有している寄生容量に蓄えられた電荷が
ＬＥＤを通して放電されることにより、立下りのすそ引
きを生じさせることになる。しかし、この発明において
は、パルス信号の立下りのタイミングで信号変換手段に
よりｐｎｐ　トランジスタの制御端子に順バイアスが供
給され、ｐｎｐ　トランジスタが導通状態になるのであ
るから、ＬＥＤの寄生容量に蓄えられた電荷をｐｎｐ　
トランジスタを通して放電させることができ、立下りの
すそ引き現象を抑制することができる。

そして、上記ｎｐｎ　トランジスタが、差動回路を構成
する１対のｎｐｎ　トランジスタの一方である場合には
、ｎｐｎトランジスタの遮断時における遮断電流を小さ
くすることができ、ＬＥＤの消光比を大きくすることが
できる。

また、上記ｐｎｐトランジスタの制御端子に微小な順バ
イアスが印加されている場合には、ｐｎｐトランジスタ
の導通動作速度を速くすることができ、立下りのすそ引
き現象をより確実に抑制することができる。

また、第２の発明の発光ダイオード駆動装置であれば、
ＬＥＤを点灯制御するためのパルス信号をｎチャンネル
電界効果トランジスタのゲート端子に供給することによ
り、ｎチャンネル電界効果トランジスタを導通状態とし
、ＬＥＤに通電して発光させることができる。そして、
この場合における立上りは、ｎチャンネル電界効果トラ
ンジスタの立上りが速いのであるから、速くなる。また
、この場合には、ｐチャンネル電界効果トランジスタが
遮断状態に保持され続ける。

上記パルス信号が立下った場合には、ｎチャンネル電界
効果トランジスタが遮断状態になるので、ＬＥＤへの通
電が遮断され、消光させられることになるのであるが、
そのままであれば、ＬＥＤが有している寄生容量に蓄え
られた電荷がＬＥＤを通して放電されることにより、立
下りのすそ引きを生じさせることになる。しかし、この
発明においては、パルス信号の立下りのタイミングで信
号変換手段によりｐチャンネル電界効果トランジスタの
制御端子に順バイアスが供給され、ｐチャンネル電界効
果トランジスタが導通状態になるのであるから、ＬＥＤ
の寄生容量に蓄えられた電荷をｐチャンネル電界効果ト
ランジスタを通して放電させることができ、立下りのす
そ引き現象を抑制することができる。

そして、上記ｎチャンネル電界効果トランジスタが、差
動回路を構成する１対のｎチャンネル電界効果トランジ
スタの一方である場合には、ｎチャンネル電界効果トラ
ンジスタの遮断時における遮断電流を小さくすることが
でき、ＬＥＤの消光比を大きくすることができる。

また、上記ｐチャンネル電界効果トランジスタの制御端
子に微小な順バイアスが印加されている場合には、ｐチ
ャンネル電界効果トランジスタの導通動作速度を速くす
ることができ、立下りのすそ引き現象をより確実に抑制
することができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は発光ダイオード駆動装置の一実施例を示す電気
回路図である。

１対のｎｐｎトランジスタ（１）　（２）のエミッタ端
子を共通の定電流源（３）に接続しているとともに、一
方のｎｐｎ　トランジスタ（２）のコレクタ端子を電源
に接続し、他方のｎｐｎ　トランジスタ（１）のコレク
タ端子と電源との間にｐｎｐ　トランジスタ（４）のコ
レクターエミッタ端子を接続している。そして、ｐｎｐ
　トランジスタ（４）のエミッターコレクタ端子と並列
にＬ　Ｅ　Ｄ　（５）を接続している。また、差動信号
出力源（６）から出力される正相信号、および逆相信号
がそれぞれｎｐｎトランジスタ（１）　（２）のベース
端子に供給されているとともに、微小な順バイアス（例
えば、−０，５Ｖ程度の順バイアス）がｐｎｐ　トラン
ジスタ（４）のベース端子に供給されている。さらに、
ｎｐｎトランジスタ（１）のベース端子とｐｎｐ　トラ
ンジスタ（４）のベース端子との間に抵抗（７）、およ
びコンデンサ（８）を直列接続している。

以上の構成であれば、第２図Ａに示すように、ｎｐｎ　
トランジスタ（１）のベース端子に供給され゛る入力デ
ータを高レベルとするとともに、ｎｐｎトランジスタ（
２）のベース端子に供給される入力データ（図示せず）
を低レベルとすることにより、ｎｐｎ　トランジスタ（
１）を導通させ、ｎｐｎ　トランジスタ（２）を遮断す
れば、ｎｐｎ　トランジスタ（１）を通してＬ　Ｅ　Ｄ
　（５）に電流（第２図Ｅ参照）が流れるので、Ｌ　Ｅ
　Ｄ　（５）を発光させることができる。

尚、上記入力データが高レベルになる場合における立上
りのタイミングで、コンデンサ（８）の充電が行なわれ
るので、ｐｎｐトランジスタ（４）のベース端子に供給
されている順バイアスが瞬間的にやや低下し、直ちに復
帰する（第２図Ｂ参照）が、ｐｎｐトランジスタ（４）
は遮断状態のまま保持され続ける（第２図り参照）ので
、Ｌ　Ｅ　Ｄ　（５）の発光には何ら影響を及ぼさない
。

逆に、ＬＥＤ（５）を消光させる場合には、ｎｐｎトラ
ンジスタ（１）のベース端子に供給される入力データを
低レベルとするとともに、ｎｐｎ　トランジスタ（２）
のベース端子に供給される入力データを高レベルとする
ことにより、ｎｐｎトランジスタ（１）を遮断させ、ｎ
ｐｎトランジスタ（２）を導通させればよく、ｎｐｎ　
トランジスタ（１）によりＬ　Ｅ　Ｄ　（５）への通電
を停止させるので、ＬＥＤ（５）を消光させることがで
きる。

そして、この場合において、第２図Ａに示す入力データ
の立下りのタイミングにおいてコンデンサ（８）に蓄え
られていた電荷が放電されるのであるから、ｐｎｐ　ト
ランジスタ（４）のベース端子には瞬間的に大きな順バ
イアスが印加される（第２図Ｂ参照）ことになり、ｐｎ
ｐ　トランジスタ（４）が導通させられる。したがって
、ＬＥＤ（５）の寄生容量に蓄えられていた電荷は、導
通状態になったｐｎｐトランジスタを通して放電され（
第２図り参照）、第２図Ｅに示すように、立下りのすそ
引き現象を効果的に抑制することができる。

即ち、上記の実施例においては、Ｌ　Ｅ　Ｄ　（５）の
消光時にのみｐｎｐ　トランジスタ（４）が瞬間的に導
通されるのであるから、ＬＥＤ（５）の発光立上りには
何ら影響を及ぼさず、また、基本的に線形補償回路であ
るためパルス幅歪、ジッタ等を殆ど生じさせず、良好な
電気−光変換性能を発揮することができる。また、ｎｐ
ｎトランジスタ（１）とｐｎｐトランジスタ（４）との
特性を一致させる必要がなく、しかもｐｎｐトランジス
タの消費電流を少なくすることができるので、ＬＥＤ（
５）に対する十分な電流容量、および周波数特性を簡単
に達成することができる。さらに、ｎｐｎトランジスタ
（１）がコレクタ出力であるから、信号源の速度が遅く
てもよく、さらには、ｎｐｎトランジスタ（１）　（２
）で差動回路を構成しているので、Ｌ　Ｅ　Ｄ　（５）
の消光比を大きくすることができる。

第３図は他の実施例を示す電気回路図であり、上記実施
例と異なる点は、ｎｐｎ　トランジスタ（１）（２）に
代えてｎチャンネル電界効果トランジスタ（１１）（１
２）を使用した点、およびｐｎｐトランジスタ（４）に
代えてｐチャンネル電界効果トランジスタ（１４）を使
用した点のみである。

したがって、この実施例の場合にも上記実施例の場合と
同様の電気−光変換動作を行なわせることができる。

第４図はさらに他の実施例を示す電気回路図であり、上
記第１図の実施例と異なる点は、ｎｐｎ−１７＝ トランジスタ（２）を省略した点のみである。

したがって、この実施例の場合には、Ｌ　Ｅ　Ｄ　（５
）の消光比がやや小さくなるが、Ｌ　Ｅ　Ｄ　（５）と
直列にｎｐｎ　トランジスタ（１）を接続しているので
あるから、十分な消光比を確保することができる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば第３図の実施例においてｎチャンネル電界効果
トランジスタ（１２）を省略した構成を採用することが
可能である他、ｐｎｐ　トランジスタ（４）のベース端
子、或は、ｐチャンネル電界効果トランジスタのゲート
端子に微小な順バイアスを印加しておく代わりに零バイ
アスを印加しておくことが可能であり、さらに、抵抗（
７）とコンデンサ（８）との直列回路に代えて他の構成
の／％イパスフィルタを使用すること、或はピーキング
方式を採用することが可能である他、この発明の要旨を
変更しない範囲内において種々の設計変更を施すことが
可能である。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、ＬＥＤの発光波形の＝　１８
− 立下りのすそ引きを著しく軽減し、高速変調を行なうこ
とができるとともに、ＬＥＤの消光比を大きくすること
ができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は発光ダイオード駆動装置の一実施例を示す電気
回路図、 第２図は動作状態を説明する電気回路図、第３図は他の
実施例を示す電気回路図、第４図はさらに他の実施例を
示す電気回路図、第５図から第７図は、それぞれ従来例
を示す電気回路図。 （１）　（２）・・・ｎｐｎ　トランジスタ、（４）・
・・ｐｎｐ　トランジスタ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｎｐｎトランジスタとｐｎｐトランジスタとがコレ
   クタ端子同士を接続することにより直列接続されている
   とともに、 ｐｎｐトランジスタと並列に発光ダイオードが接続され
   ており、上記ｎｐｎトランジスタのベース端子に発光ダ
   イオード点灯制御用のパルス信号が直接供給されている
   とともに、両トランジスタのベース端子間に、パルス信
   号の立下りに対応して、ｐｎｐトランジスタに対する順
   バイアス信号を生成する信号変換手段が接続されている
   ことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。 ２、ｎｐｎトランジスタが、差動回路を構成する１対の
   ｎｐｎトランジスタの一方である上記特許請求の範囲第
   １項記載の発光ダイオード駆動装置。 ３、ｐｎｐトランジスタのベース端子に微小な順バイア
   スが印加されている上記特許請求の範囲第１項記載の発
   光ダイオード駆動装置。 ４、ｎチャンネル電界効果トランジスタとｐチャンネル
   電界効果トランジスタとがドレイン端子同士を接続する
   ことにより直列接続されているとともに、ｐチャンネル
   電界効果トランジスタと並列に発光ダイオードが接続さ
   れており、上記ｎチャンネル電界効果トランジスタのゲ
   ート端子に発光ダイオード点灯制御用のパルス信号が直
   接供給されているとともに、両電界効果トランジスタの
   ゲート端子間に、パルス信号の立下りに対応して、ｐチ
   ャンネル電界効果トランジスタに対する順バイアス信号
   を生成する信号変換手段が接続されていることを特徴と
   する発光ダイオード駆動装置。 ５、ｎチャンネル電界効果トランジスタが、差動回路を
   構成する１対のｎチャンネル電界効果トランジスタの一
   方である上記特許請求の範囲第４項記載の発光ダイオー
   ド駆動装置。 ６、ｐチャンネル電界効果トランジスタのゲート端子に
   微小な順バイアスが印加されている上記特許請求の範囲
   第４項記載の発光ダイオード駆動装置。