JPS6378585A - 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
ＡＰＣ（Δｕｔｏｍａｔｉｃ　　ｌ〕ｏｗｅｒＣｏｎｔ
ｒｏｌ）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、被層わル−ザダイＡ
−−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
えた演樟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＠のオペアンプが協えられ、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２ｇ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
ダイオードに順方向電流を供給するバイアス用電流源と
、前記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、所定の基準電流が設定
された基準電流源と、前記光電変換手段で発生する光起
電流と前記基準電流源の基準電流との差電流を反転増幅
し、該反転増幅出力で前記バイアス用電流源から被駆動
レーザダイオードへ供給される順方向電流を制御する増
幅器とを有することを要旨とする。

（作用） バイアス用電流源から供給される順方向電流で被駆動レ
ーザダイオードから光出力が発生する。

モニター用の光電変換手段で、その光出力に比例した光
起電流が発生する。

この光起電流と所定性に設定された基準電流との差電流
が増幅器で反転増幅され、この反転増幅出力で光起電流
と基準電流とが等しくなるように、バイアス用電流源か
ら被駆動レーザダイオードへ供給される順方向電流が制
御される。

而して被駆動レ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）１２と光出力との関係を示す特性図、
第２図の（［３＞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Ｌ　Ｄの
アノードとフォトダイオードＰＤのカソードとは共通接
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木の端子ビンが外部に取出され
た形式のものがある。

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。

（＋）電源線路１と被駆動レー１アダイオ゛−ドＬＤの
アノードおよびフォトダイオードＰＤのカソードの共通
接続点との間には、被駆動レーザダイオードＬＤに順方
向電流ｉｆを供給するためのバイアス用電流源２が接続
されている。

被駆動レーザダイオードＬＤのカソードは接地されてい
る。

３は基準電流源で、基Ｑ−電流源３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Ｊｒｅｆが設定されている。′基準電流源３は、
フォトダイオードＰＤのアノードと低電位線路４との間
に接続され、その接続点が反転増幅用の増幅器５の入力
端子に接続されている。増幅器５の電流増幅率はβに設
定されている。

増幅器５の出力端子は、バイアス用電流源２と被駆動レ
ーデダイオードＬＤのアノードとの接続点に接続されて
いる。

なお、増幅器５の反転増幅出力による順方向電流Ｉｆ制
御のため帰還ループが形成されるので、発振防止のため
には、増幅器５の入・出力間に図示省略のコンデンサが
接続される。

次に第２図の（／＼）、（１３＞を用いて作用を説明す
る。

被駆動レーザダイオードＬ　Ｄは、第２図の（Δ）に示
すように、バイアス用電流源２から供給される。順方向
電流Ｉｆが閾値電流１．ｔｈに達するとレーザ発渠して
光出力ＰＯが発生し、以後光出力ＰＯは順方向電流Ｉｆ
に比例して増大づる。したがって光出力Ｐｏは次のよう
に近似される。

Ｐｏ＝Ｏ（Ｉｆ＜１ｔｈ） Ｐｏ＝ａ（Ｉｆ−［ｔｈ）　　　（Ｉｆ＞１ｔｈ）・・
・〈１） 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。

■５＝ｂ−ＰＯ・・・（２） ここにｂはフオトダイオ−−ドＰＤの光−電流変換の比
例係数である。

反転増幅用の増幅器５には、フォトダイオードＰＤで発
生した光起電流ＩＳと基Ｑ電流１ｒｅｆとの差電流が入
力し、この差電流が０倍に反転増幅されて、その出力線
路には次式で示されるような出力電流１ｏが生じる。

１０＝β（Ｉｓ−１ｒｅｆ）　　　　　　−（３）フォ
トダイオードＰＤの光起電流ＩＳは、被駆動レーザダイ
オードＬＤの順方向電流ｉｆに比べて十分小さいので、
バイアス用電流源２からの電流１ｂは、その殆んどが被
駆動レーザダイオードＬＤ側を流れる。

したがって、これらの電流の間で次式が得られる。

Ｉｆ＝Ｉｂ−１ｏ−Ｉｓ Ｉｂ−１ｏ　　　　　　　　　　　・・・〈４）ここで
、上記の（２）〜（・０式を、（１）式に代入すると次
式が１０られる。

Ｐ〇−ａ　（ｌｂ＋β−１ｒｅｆ−１ｔｈ）／（１＋ａ
ｂｌ）　　・・・（５〉 上記（５）式中、増幅器５の電流１９幅率βの値は、他
の係数と比べると十分に大きいので、（５）式は次式の
ように簡略化される。

Ｐ　ｏ　＝　Ｉ　ｒ　ｅ　ｆ　／　ｂ　　　　　　　　
　　−＜６）したがって被駆動レーザダイオードＬＤの
光出力ｐｏは、基準電流１ｒｅｆに比例し、基準電流Ｉ
ｒｅｔ’に応じた一定の値に制御される。

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、ざらに説明する。

被駆動レーザダイオードＬＤの特性を ｉｔｈ＝７０ｍＡ ａ＝０．６ｍＷ／ｍＡ ｂ＝０．０２３ｍＡ／ｍＷ とし、ざらにｊ［１幅器５の電流増幅率をβ＝１０００
０とすると、 ａｂβ　１３８ となって、前記（６）式が十分に成立つことが分る。

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、バイアス用電流源および；Ｊ　Ｑ電流源
を、それぞれ抵抗で置換え、また反転増幅用の増幅器を
、バイアス用電流源を形成する抵抗とトランジスタで構
成したものである。

まずバイアス用電流源が、抵抗Ｒ１で置換えられている
。

バイアス電流１ｂは、増幅器の出力電流１ｏ＝Ｏのとき
の被駆動レーザダイオードＬＤの順方向電流Ｉｆの最大
値を決めるものである。したがってバイアス電流１ｂの
１直は、被駆動レーザダイオードｍｌ）の順方向電流Ｉ
ｆの最大定格以下に設定する必要がある。抵抗Ｒ＋　の
値は、このような校定基ｉ！！にしたがって規定されて
いる。この場合のバイアス電流１ｂは次式により得られ
る。

Ｉｂ−（Ｖｃｃ−Ｖｆ）／Ｒ＋　　　　　　・＜７＞こ
こでＶｃｃは（＋〉電源線路１の電源電圧、Ｖｆは被駆
動レーザダイオードＬ　Ｄの順方向電圧である。

また、基準電流源が、抵抗Ｒ２で置換えられている。

この抵抗Ｒ２で設定される基準電流１ｒｅｆは、次式で
与えられる。

Ｉ　ｒｅｆ−（Ｖｂｅ−Ｖｅｅ）／Ｒ２−（８）ここで
Ｖｂｅは次に述べるトランジスタＱＩのベース・エミッ
タ間電圧、Ｖｅｅは抵抗Ｒ２の一端の電位で、第３図で
は接地電位でありＶｅｃ＝Ｏである。

さらに反転増幅用の増幅器が、トランジスタＱ１とバイ
アス用電源を形成する抵抗Ｒ１とで構成されている。

この実施例において、前記（３〉式の電流増幅率βは、
トランジスタＱ１のエミッタ接地電流増幅率に相当する
。

なお、この実施例の構成によれば、第３図に示すように
レーザダイオード駆動回路を単一電源で動作させること
ができる。

第４図には、この発明の第３実施例を示寸。

この実施例は、反転増幅用の増幅器を構成するトランジ
スタを、２個のｎｐｎ形トランジスタＱ１、Ｑ２のダー
リントン接続としたものである。

この実施例における増幅器の電流増幅率は、各トランジ
スタＱ＋　、Ｑ２のエミッタ接地電流増幅率の二乗とな
って極めて大きくなる。

この電流増幅率の増大により、前記（６）式が一層問度
よく成立する。

第５図の（Ａ）〜（Ｆ）には、この発明の第４実施例を
示す。

この実施例は、被駆動レーザダイオード１０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て
いるという接続態様の制約から解除されて、被駆動レー
ザダイオードＬＤおよびフォトダイオードＰＤを回路構
成上任意に接続できる場合の回路構成例をそれぞれ示し
たちのである。

まず第５図の（Ａ）は、被駆動レーザダイオードＬＤの
カソードとフォトダイオードＰＤのアノードとが共通接
続されている場合の回路例である。

第５図の（Ｂ）は、被層ＷｅＪレーザダイオードＬＤお
よびフォトダイオードＰＤが、ｎいに共通接続から解除
されている場合の回路例である。

第５図の（Ｃ）は、被駆動レーザダイオードＬＤおよび
フォトダイオードＰＤの各アノード同士が共通接続され
ている場合の回路例である。

第５図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）中、Ｑ＋　’は増幅器
となるｐｎｐ形のトランジスタである。

第５図の（Ａ）とくＤ）、同、（Ｂ）と（Ｅ）、同、（
Ｃ）と（Ｆ）の各組合わせの関係は、それぞれ被駆動レ
ーザダイオードＬＤおよびフォトダイオードＰＤの接続
態様が互いに逆極性の関係を示すものである。これに従
い、第５図の（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）中における増幅器
構成用のトランジスタＱ１は、ｎｐｎ形のものが用いら
れている。

なお、第５図の（Ｄ）は、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
接続されている点に関しては、前記第１実施例のもの等
と同様である。

［発明の効果１ 以上説明したように、この発明の構成によれば、光電変
換手段で発生した光起電流と所定１直に設定された基準
電流との差電流が増幅器で反転増幅され、その反転増幅
出力でバイアス用電流源から被駆動レーザダイオードへ
供給される順方向電流がａｉ（Ｉ　’ＧＯされて、被駆
動レーデ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〕イードパ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１ｑ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
例を示す回路図である。 ２、：バイアス用電流源、 ３：基準電流源、 ５：増幅器、 ＬＤ：被駆動レーザダイオード、 ＰＤ：フォトダイオード（光電変換手段）、Ｒ１：バイ
アス用電流源となる抵抗、 Ｒ２：基準電流源となる抵抗、 Ｑ＋　、Ｑ２　　：増幅器を構成するトランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被駆動レーザダイオードに順方向電流を供給するバイア
   ス用電流源と、 前記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、 所定の基準電流が設定された基準電流源と、前記光電変
   換手段で発生する光起電流と前記基準電流源の基準電流
   との差電流を反転増幅し、該反転増幅出力で前記バイア
   ス用電流源から被駆動レーザダイオードへ供給される順
   方向電流を制御する増幅器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。