JPS6376493A - レ−ザダイオ−ド駆動回路 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、レーザダイオードの光出力を一定の値に制
御するレーザダイオード駆動回路に関する。

（従来の技術） 一般に、レーザダイオード駆動回路は、レーザダイオー
ドの光出力を一定の値に制御して光出力の安定化を図る
Ａ　Ｐ　Ｃ（Ａ　ＵｔｏｌａｔｉＣＰ　０ＷｅｒＣｏｎ
ｔｒｏｌ　）回路として構成される。

このような従来のレーザダイオード駆動回路としては、
例えばレーザダイオードデータブックに記載されて公知
となっているものがある。

このレーザダイオード駆動回路は、被駆動レーザダイオ
ードに、その光出力をモニターするためのフォトダイオ
ードが並設されている。

そして、まず第１のオペアンプを備えたバイアス電圧設
定回路により、適宜電圧値に設定された順方向電圧が被
駆動レーザダイオードのアノードに加えられる。

一方、フォトダイオードには第２のオペアンプを備えた
光起電流検出回路が接続されている。

光起電流検出回路の出力端子は、第３のオペアンプを備
えた演算回路の一方の入力端子に接続され、演算回路の
他方の入力端子には所定の基準電圧が設定されている。

演算回路の出力端子は、被駆動レーザダイオードの順方
向電流回路に接続された駆動トランジスタのベースに接
続されている。

そして演算回路で、フォトダイオードでモニターされた
光起電流に比例した電圧と基準電圧とが比較され、その
比較出力により駆動トランジスタが導通制御されて、被
駆動レーザダイオードの光出力が基準電圧に対応した一
定の値に制御される。

（発明が解決しようとする問題点） ところでレーザダイオードは、光情報処理や光通信等の
光源として多用されるので、これを駆動する駆動回路は
高速動作性を有し、且つコスト低減を図れるものが求め
られる。

しかしながら上記のレーザダイオード駆動回路は、第１
〜第３の３個のオペアンプが備えられ、かなり複雑な回
路構成であるのでコスト高につき、また上記３個のオペ
アンプのうち、第２、第３の２個のオペアンプは、光出
力のフィードバックループ内に配設されているので、光
出力が変化したとき、これを一定の値に安定させるまで
の応答時間が比較的長くなって高速動作性に欠けるとい
う問題点があった。

この発明は、上記事情に基づいてなされたもので、比較
的簡単な回路構成で光出力を一定の値に安定に制御する
ことができるとともに高速動作を実現することのできる
レーザダイオード駆動回路を提供することを目的とする
。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するために、被駆動レーザ
ダイオードの光出力に比例する光起電流を発生する光電
変換手段と、該光電変換手段で発生した光起電流を入力
して該光起電流に比例した電流を出力する電流伝達回路
と、所定の基準電流が設定された基準電流源と、該基準
電流源の基準電流と前記電流伝達回路の出力電流との差
電流に比例する電圧を入力電圧とし、該入力電圧に比例
する電流を前記被駆動レーザダイオードの順方向電流と
して供給する電圧電流変換回路とを有することを要旨と
する。

（作用） モニター用の光電変換手段で被駆動レーザダイオードの
光出力に比例する光起電流が発生する。

光起電流は電流伝達回路に入力し、電流伝達回路からそ
の光起電流に比例した電流が出力される。

この電流伝達回路の出力電流と所定値に設定された基準
電流との差電流に比例した電圧が電圧電流変換回路に入
力し、電圧電流変換回路でその入力電圧に比例した電流
に変換されて、この変換電流が被駆動レーザダイオード
の順方向電流として供給される。

而して被駆動レーザダイオードの光出力は、基準電流に
応じた一定の値に制御される。

〈実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。　
、 第１図および第２図の（Ａ）、（Ｂ）は、この発明の第
１実施例を示す図である。

第１図は回路図、第２図の（Ａ）は被駆動レーザダイオ
ードの順方向電流と光出力との関係を示す特性図、第２
図の（８）は被駆動レーザダイオードの光出力とフォト
ダイオード（光電変換手段）の光起電流との関係を示す
特性図である。

まず構成を説明すると、第１図中、ＬＤは被駆動レーザ
ダイオード、ＰＤはそのモニター用のフォトダイオード
（光電変換手段）で、被駆動レーザダイオードＬＤのア
ノードとフォトダイオードＰＤのカソードとが共通接続
され、その共通接続点が電圧（＋）Ｖｃｃの正電源線路
１に接続されている。

ここで、レーザダイオードと、これと対になるモニター
用のフォトダイオードにおいて、そのレーザダイオード
およびフォトダイオードが１個のパッケージ中に内蔵さ
れ、パッケージからレーザダイオードのアノードおよび
フォトダイオードのカソードを共通接続した端子と、レ
ーザダイオードのカソード端子と、フォトダイオードの
アノード端子との合計３本の端子ビンが外部に取出され
た形式のものがあり、このような形式のものが光デイス
ク装置等に多用されている。

この実施例は、そのような形式の１対のレーザダイオー
ドとフォトダイオードとが適用されている。

２は電流伝達回路でカレントミラー回路で構成されてお
り、その入力トランジスタＱｕおよび出力トランジスタ
（ｈ２は、ともにｎｐｎトランジスタが用いられ、また
その電流伝達比はγに設定されている。

入力トランジスタＱｕおよび出力トランジスタＱ１２の
エミッタは、それぞれ電圧（−）Ｖｅｅの負電源線路３
に接続されている。そして入力トランジスタＱ１１にフ
ォトダイオードＰＤのアノードが接続されている。

フォトダイオードＰＤは、そのガソードが前記のように
（＋）ＶＣＣの正電源線路１に直接接続され、そのアノ
ードは電流伝達回路２における入力トランジスタＱ１１
のみを介して負電源線路３に接続されているので、フォ
トダイオードＰＤには高い逆バイアス電圧が加えられて
感度上昇が図られている。

４は基準電流源で、基準電流源４には被駆動レーザダイ
オードＬＤの光出力ＰＯを決める基準となる所定の基準
電流１ｒｅｆが設定されている。

基！１！電流源４は、電流伝達回路２における出力トラ
ンジスタＱ１２に接続されており、その接続点ｍは電圧
電流変換回路５におけるオペアンプ６の非反転入力端子
（＋）に接続されている。

電圧電流変換回路５は、上記のオペアンプ６と、被駆動
レーザダイオードＬＤの順方向電流回路に接続される駆
動トランジスタＱ１および抵抗Ｒ＋とで構成されている
。

駆動トランジスタＱ＋　は、ｎｐｎトランジスタが用い
られており、そのエミッタと抵抗Ｒ１との接続点がオペ
アンプ６の反転入力端子（−）に接続されている。

オペアンプ６は、その反転入力端子（−）、即ち駆動ト
ランジスタＱＩのエミッタに、非反転入力端子（＋）へ
の入力電圧Ｖｃとほぼ等しい電圧が現われるような負帰
還がかかる。

次に第２図の（Ａ）、（Ｂ）を用いて作用を説明する。

いま、電源が投入されてｍ点に電圧ＶＣが生じたとする
と、電流伝達回路５における駆動トランジスタＱ１のエ
ミッタには、オペアンプ６の負帰還作用によりその入力
電圧Ｖｃとほぼ等しい電圧が現われる。

したがって駆動トランジスタＱ＋のコレクタ線路には、
その入力電圧ＶＣに比例した次式で表わされる出力電流
ｉｆが生じる。

Ｉ　ｆ　＝ＶＣ／Ｒ＋　　　　　　　　　　　　−＜。

そして、この出力電流が被駆動レーザダイオードＬＤに
順方向電流Ｉｆとして供給される。

被駆動レーザダイオードＬＤは、第２図の（Ａ）に示す
ように、順方向電流Ｉｆが閾値電流Ｉｔｈに達するとレ
ーザ発掘して光出力ｐｏが発生し、以後光出力ＰＯは順
方向電流Ｉｆに比例して増大する。したがって光出力ｐ
ｏは次のように近似される。

Ｐｏ−０（Ｉｆ＜１ｔｈ） Ｐｏ−ａ（Ｉｆ−１ｔｈ）　　　（Ｉｆ＞１ｔｈ）・・
・（２） ここにａは被駆動レーザダイオードＬＤの電流−光変換
の比例係数である。

一方、フォトダイオードＰＤで発生する光起電流ＩＳは
、被駆動レーザダイオードＬＤの光出力Ｐｏに比例し、
次式で近似される。

ｌ５−ｂ−Ｐｏ　　　　　　　　　　　　・・・（３）
ここにｂはフォトダイオードＰＤの光−電流変換の比例
係数である。

フォトダイオードＰＤで発生した光起ｉ！流ＩＳは、電
流伝達回路２における入力トランジスタＱ１嘗に流入し
、出力トランジスタＱＩ２からそのγ倍の電流γ・ｉｓ
が出力される。

接続点ｍには、基準電流源４の基準電流Ｉｒｅｆと上記
の電流伝達回路５の出力電流γ・■Ｓとの差電流が生じ
、この差電流に比例した次式で表わされる電圧が電流伝
達回路５の入力電圧Ｖｃとなる。

Ｖｃ−Ｒａ（Ｉｒｅｆ−７−１ｓ）　　　　・　（４）
ここにＲａは、電流伝達回路５の入力インピーダンスで
、オペアンプ６０入カインピーダンスに相当するので極
めて高いインピーダンスからなるものである。

ここで、上記の０）、（３）、（４）の各式を（２）式
に代入すると、次式が得られる。

Ｐｏ−ａ　［（Ｒａ／Ｒ＋　）　・Ｉｒｅｆ−１ｔｈ］
／［１＋（Ｒａ／Ｒ＋　）−ａｂｙ］ ・・・（５） 前記のように、電流伝達回路５の入力インピーダンスＲ
ａは極めて大きいので、（５）式は次のように簡略化さ
れる。

Ｐｏ　−１ｒｅ　ｆ／　（ｂ　・７）　　　　　　・（
ａ）したがって被駆動レーザダイオードＬＤの光出力ｐ
ｏは、基準電流Ｉｒｅｆを電流伝達回路２の電流伝達比
γで除した値に比例し、基準電流１ｒｅｆに応じて一定
の値に決められる。

Ｎ流伝達回路２を構成するカレントミラー回路の最も単
純なものは、その電流伝達比γ−１であるので、この場
合は、光出力ｐｏは基準電流１ｒｅｆに対応した値に規
定される。

次いで数値例を示すことにより、前記（６）式が成立す
ることを、さらに説明する。

被駆動レーザダイオードＬＤおよびフォトダイオードＰ
Ｄの特性を、 Ｉｆ＝８０ｍＡのとき ｐｏ＝、１ＱｍＷ １ｔｈ−７０ｍＡ ａ−０，６ｍＷ／ｍＡ ｂ−０，０２３ｍＡ／ｍＷ Ｉｓ−０，２５ｍＡ 電圧電流変換回路５の定数を Ｒａ＞１０００にΩ Ｒ＋　−６２Ω とし、さらに電源電圧ＶＣＣ−１０Ｖ、電流伝達回路２
の電流伝達比をγ−１とすると、ＶＣ５Ｖ （Ｒａ／Ｒ＋　　）　　−ａｂ　　γ−２２２となって
、前記（６）式が十分に成立つことが分る。

なお、上述の第１実施例において、被駆動レーザダイオ
ードＬＤのアノードと、基準電流源４とは、同一の正電
ＷＡＩＩｓ路１に接続されているが、両者は各別の電源
に接続されてもよい。また電圧電流変換回路５における
抵抗Ｒ１は接地され、電流伝達回路２における両トラン
ジスタＱ１１、Ｑ１２のエミッタは、−ｖｅｅの負電源
線路３に接続されているが、抵抗Ｒ１と両トランジスタ
に）Ｉ１１Ｑ１２のエミッタとは同一の負電源に接続し
てもよい。

次に第３図には、この発明の第２実施例を示す。

この実施例は、基準電流源を、電圧（＋）ＶｃＣの正電
源線路１とｍ点との間に接続した抵抗Ｒ２で構成したも
のである。

基準電流Ｉｒｅずは次式で規定される。

Ｉｒｅｆ−（Ｖｃｃ−ＶＣ）／Ｒ２・”（７）Ｖｃ−１
ｆ−Ｒ１ 第４図には、この発明の第３実施例を示す。

この実施例は、基準電流源を、前記第２実施例と同様に
抵抗Ｒ２で構成するとともに、電流伝達回路７となるカ
レントミラー回路を、入力側および出力側にそれぞれ２
個のトランジスタＱｕ、Ｑ１３およびＱ１２、Ｑ１４を
備えさせた回路で構成し、電流伝達比の一層の精度向上
を図ったものである。

第５図には、この発明の第４実施例を示す。

この実施例は、前記第１実施例（第１図）のものに対し
、電流伝達回路および電圧電流変換回路の各構成を変形
させたものである。

まず、電流伝達回路８となるカレントミラー回路が、各
２個の入力側トランジスタＱｌｌ、Ｑ１０、出力側トラ
ンジスタＱＩ２、Ｑ１０およびバイアス用のトランジス
タＱ＋ｓの合計５個のトランジスタと、入力側トランジ
スタＱＩ３のエミッタに接続された抵抗８口および出力
側トランジスタＱＩ４のエミッタに接続された抵抗Ｒ１
２の２個の抵抗とで構成されている。

対向した２個のトランジスタＱＩ３とＱ１０とは、ベー
ス、コレクタ間においてクロス結合されている。

電源が投ぜられて、トランジスタＱＣｓにより、両トラ
ンジスタＱｌｌ、ＱＩ２に所要のバイアスが加えられる
と、入力側および出力側の各トランジスタＱｌｌ　、Ｑ
１３　、Ｑ１２　、Ｑ１４がオンに転じ、クロス結合さ
れている両ト′ランリスタＱＩ３とＱ１０のエミッタ電
位が等しくなる。

したがって次式が成立する。

ＩＳＩＩＲ１１ＭＲγ−１ｓ−Ｒ，２ γ＝　Ｒｕ、　／　Ｒ１２・・・（８）この結果、この
実施例の電流伝達回路８では、電流伝達比γが、両抵抗
の抵抗比Ｒｕ　／　Ｒ１２で決められる。

また、第４実施例における電圧ｍ流変換回路９は、駆動
トランジスタＱ＋を含む２個のｎｐｎ形トランジスリス
＋　、Ｑ２のダーリントン接続回路で構成されている。

この電圧電流変換回路９における入力電圧Ｖｃと被駆動
レーザダイオードＬＤの順方向電流Ｉｆとの関係は、次
式で表わされる。

ＶＣ−Ｒ＋　　＠　Ｉ　ｆ＋２Ｖｂｅ　　　　　　”・
（９）ここにＶｂｅは、各トランジスタＱ＋　、Ｑ２の
ベース・エミッタｉｔ圧である。

上記（９）式を、前記（１）式と比べると、（９）式に
は２■ｂｅの項が誤差項として含まれるが、入力電圧Ｖ
Ｃと順方向電流Ｉｆとの比例関係は成立ち、またダーリ
ントン接続回路で構成される電圧電流変換回路９は、高
入力インピーダンスを呈するので、この実施例において
も前記（６）式の基準電流Ｉｒｅｆと光出力ＰＯの関係
式が導かれる。

したがって、前記と同様に被駆動レーザダイオードＬＤ
の光出力ＰＯは、基準電流１ｒｅｆに応じた一定の値に
制御される。

なお、第４実施例では、電流伝達回路８および電圧電流
変換回路９を構成する各トランジスタが全てｎｐｎ形の
ものが用いられているので、容易にＩＣ化を図ることが
できる。

次に第６図には、この発明の第５実施例を示す。

この実施例は、電流伝達回路および電圧電流変換回路の
各構成のより一層の簡単化を図るとともに、被駆動レー
ザダイオードの順方向電流回路に順方向電流の最大値を
制限するための制限用抵抗を接続したものである。

まず、電流伝達回路１１が、前記の各実施例ではカレン
トミラー回路が用いられていたのに対し、この実施例で
はセンス抵抗Ｒ１１とエミッタフォロワトランジスタＱ
Ｉ２とで構成されている。

電流伝達回路１１の出力電流、即ちエミッタフォロワト
ランジスタＱＩ２のコレクタ電流１ｃ（Ｑ１２）は次式
で表わされる。

ＩＣ（Ｑ１０＞　　＝　　（Ｉｓ　　−Ｒ＋嘗　／　Ｒ
１２＞−Ｖ　ｂ　ｅ　／　Ｒ１２・・・（ＩＩ）エミッ
タフォロワトランジスタＱＩ２のベース・エミッタ間電
圧Ｖｂｅが無視できるように各抵抗Ｒ１１％Ｒ１２等の
値を設定すれば、コレクタ電流ＩＣ（Ｑ１２）は、フォ
トダイオードＰＤの光起電流ＩＳに比例する。このとき
電流伝達回路１１の電流伝達比γは、次式で近似される
。

γ　Ｒｎ　／　Ｒ＋２　　　　　　　　　　　　・・・
■また、第５実施例における電圧電流変換回路１２は、
駆動トランジスタＱ１のエミッタフォロワ回路で構成さ
れている。

この電圧電流変換回路１２における入力電圧ＶＣと被駆
動レーザダイオードＬＤの順方向電流Ｉｆとの関係は、
次式で表わされる。

Ｖｃ−Ｒ＋　　６　Ｉ　ｆ＋Ｖｂｅ　　　　　　　・・
・（１０）ここにＶｂｅは、駆動トランジスタＱ１のベ
ース・エミッタ間電圧である。

（１０）式には、ｖｂｅの項が誤差項として含まれるが
、入力電圧ＶＣと順方向電流Ｉｆとの比例関係は成立ち
、また駆動トランジスタＱ１のエミッタフォロワ回路で
構成される電圧電流変換回路１２は、高入力インピーダ
ンスとなるので、この実施例においても前記（６）式の
基準電流Ｉｒｅｆと光出力ＰＯの関係式が導かれる。

したがって、前記と同様に被駆動レーザダイオードＬＤ
の光出力Ｐｏは、基準電流１ｒｅｆに応じた一定の値に
制御される。

また被駆動レーザダイオードＬＤの順方向電流回路には
、順方向電流Ｉｆの制限用抵抗Ｒ３が接続されている。

順方向電流Ｉｆの最大値ｒ’ｒｍａｘは次式で近似され
る。

Ｉｆｍａｘ　−（Ｖｃｃ−Ｖｆ）／　（Ｒ＋　　＋Ｒ３
）・・・■ ここにＶｆは被駆動レーザダイオードＬＤの順方向電圧
である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の構成によれば、モニタ
ー用の光電変換手段で発生した光起電流を入力して、そ
の光起電流に比例した電流を出力する電流伝達回路と、
この電流伝達回路の出力電流と所定値に設定された基準
電流との差電流に比例した電圧を入力し、この入力電圧
に比例した変換電流を被駆動レーザダイオードの順方向
電流として供給する電圧電流変換回路とで、被駆動レー
ザダイオードの光出力が一定の値に制御される。而して
光出力制御用のフィードバックループが比較的簡単に構
成されて応答遅れが極めて少なくなり、高速動作性が得
られるとともに、コスト低減を図ることができるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るレーザダイオード駆動回路の第
１実施例を示す回路図、第２図は同上実施例に使用され
る被駆動レーザダイオードの順方向電流と光出力との関
係等を示す特性図、第３図はこの発明の第２実施例を示
す回路図、第４図はこの発明の第３実施例を示す回路図
、第５図はこの発明の第４実施例を示す回路図、第６図
はこの発明の第５実施例を示す回路図である。 ２．７．８．１１：電流伝達回路 ４：基準電流源、 ５．９．１２：電圧電流変換回路 ＬＤ：被駆動レーザダイオード、 ＰＤ：フォトダイオード（充電変換手段）、Ｒ２：基準
電流源を構成する抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被駆動レーザダイオードの光出力に比例する光起電流を
   発生する光電変換手段と、 該光電変換手段で発生した光起電流を入力して該光起電
   流に比例した電流を出力する電流伝達回路と、 所定の基準電流が設定された基準電流源と、該基準電流
   源の基準電流と前記電流伝達回路の出力電流との差電流
   に比例する電圧を入力電圧とし、該入力電圧に比例する
   電流を前記被駆動レーザダイオードの順方向電流として
   供給する電圧電流変換回路とを有することを特徴とする
   レーザダイオード駆動回路。