JPH04367107A - 光検出回路 - Google Patents

光検出回路

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JPH04367107A
JPH04367107A JP3143030A JP14303091A JPH04367107A JP H04367107 A JPH04367107 A JP H04367107A JP 3143030 A JP3143030 A JP 3143030A JP 14303091 A JP14303091 A JP 14303091A JP H04367107 A JPH04367107 A JP H04367107A
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transistor
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resistor
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Yoshinobu Nakayama
義宣 中山
Atsushi Takaura
淳 高浦
Shunsuke Fujita
俊介 藤田
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光メモリ、レーザビー
ムプリンタ等に用いられる光検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光検出回路における高速化は、光
応用機器にとって重要なポイントとなる。また、この一
方でフィードバックを用いた光検出回路において、オー
プンループゲインを大きく取ることにより回路の安定な
動作も必要とされている。しかし、上述したような2つ
の条件を同時に満たすためには、エミッタ接地における
コレクタ抵抗が前者の場合に対しては小さく、後者の場
合に対しては大きくなければならないことから、互いに
相反する関係にあり問題となっている。
【0003】その第一の従来例として、図7は、上述し
たような問題を有する代表的な回路である。これは、ト
ランジスタQ1 のエミッタ接地のコレクタの出力を直
接容量Q2 によってエミッタフォロワとしてインピー
ダンス変換し、そのフィードバックを抵抗Rfにより行
っている。この場合、Q1 のベースとコレクタとの間
の容量Cbcが存在するために、高速化するためにはコ
レクタ抵抗Rc1を大きな値とすることができない。も
し、Rc1を大きくすなわちRc1/Re1を大きくと
ると、CbcによるQ1 内での帰還が大きくなるため
、結局前述したような互いに相反する関係となる。
【0004】また、図8はその第二の従来例を示すもの
である。この場合、Rb1は、Rfと共に、Q1 のベ
ースをバイアスしているが、通常、このような回路構成
では、Vout のオフセットは温度に対して負の係数
をもつようになっている(ただし、Rb1とRfの温度
係数が等しい場合である)。
【0005】なお、この他に、上述したような問題に関
連した従来例としては、特開平1−264313号公報
や特開平2−84803号公報等に開示されたものがあ
るが、ここでの説明は省略する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】第一の従来例は、カス
コード接続を用いない場合の回路例である。この場合、
Q1 はエミッタ接地されそのコレクタ側の出力を直接
Rc1で受けているため、大きなRc1を用いた場合、
Cbcによる応答性の劣化が問題となり、Rfを大きく
とらなければならないような回路には適していない。
【0007】第二の従来例の場合、Vout のオフセ
ットは温度に対して負の係数をもつような回路構成とな
っているため、DC電源から増幅するような場合には適
していない。
【0008】また、これら2つの回路(図7、図8参照
)は、いずれもオフセットに大きな温度係数があり、し
かも、フィードバック抵抗の端子間の容量の影響を大き
く受け易いため、十分な帯域をとることができないとい
う問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明では
、フォトダイオードの出力をエミッタ接地されたトラン
ジスタで増幅しそのトランジスタのコレクタの出力をベ
ース接地で受けるカスコード回路を設け、このカスコー
ド回路の出力側にエミッタフォロワ回路を接続し、この
エミッタフォロワ回路の出力の一部を前記カスコード回
路の一段目のトランジスタのベースへフィードバックす
るフィードバック回路を設け、前記カスコード回路のエ
ミッタ接地されたトランジスタのベースとアースとの間
にバイアス抵抗と順方向のバイアス用ダイオードとを直
列状態で接続した。
【0010】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、エミッタフォロワ回路のトランジスタの
コレクタ側に抵抗を接続し、前記トランジスタのエミッ
タ側の出力を抵抗を介して取り出した信号と前記トラン
ジスタのコレクタ側の出力をコンデンサを介して取り出
した信号とをカスコード回路の一段目のトランジスタの
ベースへフィードバックするように設定した。
【0011】
【作用】請求項1記載の発明においては、カスコード回
路とエミッタフォロワ回路とを設けたことにより、初段
のトランジスタのベースとコレクタ間の容量の影響によ
って帯域の劣化をなくし、しかも、初段のトランジスタ
のコレクタに接続された抵抗による大きな電圧ゲイン(
オープンループゲイン)を得ることが可能となり、また
、フィードバック回路を用いて一段と深いフィードバッ
クをかけることができるため、回路系全体の動作を一段
と安定させることが可能となり、さらに、順方向バイア
スのダイオードとIC中における抵抗を組み合わせるこ
とにより、オフセットの温度係数を一段と小さくするこ
とが可能となる。
【0012】請求項2記載の発明においては、エミッタ
フォロワ回路のエミッタ側の出力を抵抗及びコレクタ側
の出力をコンデンサを介して、初段のトランジスタのベ
ースにフィードバックさせることにより、高速応答性を
一段と高めることが可能となる。
【0013】
【実施例】本発明の第一の実施例を図1及び図2に基づ
いて説明する。図1は、フォトダイオードの出力のI/
V変換用初段アンプの回路構成を示すものである。すな
わち、フォトダイオードPDの出力側にはトランジスタ
Q1,Q2を備えたカスコード回路1が接続されている
。 このカスコード回路1のエミッタ接地されたトランジス
タQ1 のベースとアースとの間にはバイアス抵抗rb
1と順方向のバイアス用ダイオードDb1とが直列状態
で接続されている。前記カスコード回路1の出力側には
エミッタフォロワ回路2が接続されている。このエミッ
タフォロワ回路2の出力の一部は前記カスコード回路1
の一段目のトランジスタQ1 のベースへフィードバッ
クするフィードバック回路3が接続されている。この場
合、フィードバック回路3は、トランジスタQ3 のエ
ミッタ側に接続された抵抗rfnを介して取り出した信
号と、トランジスタQ3 のコレクタ側に接続されたコ
ンデンサCfpを介して取り出した信号とが前記カスコ
ード回路1の一段目のトランジスタQ1 のベースへフ
ィードバックされるようになっている。
【0014】このような構成において、PDはVcc側
へ逆バイアスされており、そのアノード側はNPNトラ
ンジスタQ1,Q2の2個で構成されたカスコード回路
1の1段目のQ1 のベースに接続されている。そのカ
スコード接続の2段目のQ2 において、ベースは抵抗
rb2,rbb2 でバイアスされており、また、AC
的には十分低いインピーダンスCb2 でアースされて
いる。そのQ2 のコレクタ側から3段目のQ3 をエ
ミッタフォロワしており、また、エミッタ側からrfn
を介して負帰還し、コレクタ側からCfpを介して正帰
還し、1段目のQ1 のベースに接続されている。この
場合、そのQ1 のベースバイアスは、負帰還の抵抗r
fnと、バイアス抵抗rb1と、バイアス用ダイオード
Db1とによって行われている。
【0015】PDからの電流出力は、Q1 のエミッタ
接地による電流増幅が行われ、Q2 のベース接地によ
る低入力インピーダンスで入力し、高インピーダンスに
変換されて出力される。エミッタ接地において、応答速
度に影響を及ぼすのは、コレクタ側の負荷インピーダン
スが大きい場合であるが、ここでは、カスコード接続に
よりQ1,Q2間は低インピーダンスにて動作している
ため、Q1 の応答性は良いものとすることができる。 また、Q2 のベース接地の出力を抵抗rc2により電
圧降下させて電圧信号として取り出し、Q3 のエミッ
タフォロワによってインピーダンス変換して出力する。 従って、ベース接地によりrc2に大きな抵抗を挿入し
てもQ2 は高速応答するため、Q2がない、すなわち
、Q1 によるエミッタ接地のみの場合に比べて高ゲイ
ンでしかも高速性に優れている。
【0016】また、フィードバックにおいて、図1のr
fnは小さな端子間容量Cfnを有し、高域におけるク
ローズドループゲインを低くし、帯域が狭くなってしま
っていた。そこで、Q3 のコレクタ側に小さな抵抗r
c3を接続し、容量Cfpを介して正帰還をかけること
により、高域のゲインの落ち込みを補償することが可能
となる。
【0017】さらに、各抵抗及びトランジスタは温度係
数をもち、実際の応用において特にオフセットに悪い影
響を及ぼしていたが、Q1 のベースにrb1とDb1
とをバイアスすることによって、rb1の大きさを選ぶ
だけで、本回路の出力信号のオフセットの温度係数を調
整することができる。また、Q1 の前段に図2に示す
ように、トランジスタQ4 のエミッタフォロワを取り
付けた場合には、バイアス用ダイオードDb を1個又
は2個以上挿入し、抵抗rと共に補償するようにすれば
よい。
【0018】その具体例として、数値を挙げて従来例と
比較してみると、前述した第二の従来例(図8参照)で
は、rf(=rfn)=100kΩ、そのrf の端子
間容量Cf(=Cfp)=0.1pFとすると、帯域f
cの値は良くてもfc=30MHzである。これに対し
て、本実施例の図1においては、Q3 のコレクタ側か
ら正帰還をかけることにより、fc =100MHz以
上の補償を行うことができる。
【0019】ここで、さらに、図1に基づく具体例を数
値を挙げて説明する。抵抗の端子間容量はすべて0.1
pF、Vcc=12v、rb1=10.5kΩ、rc2
=56kΩ、rc3=100Ω、re3=10kΩ、r
fn=100kΩ、Cfp=9pF、Cb2=10μF
、Cpd=3pF(27°C、抵抗の温度係数2200
ppm/°C)の時、帯域fcは、 fc≒70MHz、トランスインピーダンス93kΩこ
れに対して、rc3=0Ω、Cfp=0pFとして補償
しない時は、 fc≒20MHz となる。
【0020】また、rb1=10kΩ、10.5kΩ、
11kΩとすると、Vout のオフセット電圧の値は
、各温度T°Cに対して、下記の表1のような値となる
【0021】
【表1】
【0022】これにより、rb1=10.5kΩの時、
Vout のオフセットの温度変化は非常に小さくなる
ことがわかる。
【0023】次に、本発明の第二の実施例を図3に基づ
いて説明する。ここでは、エミッタフォロワで使用して
いるQ3 が反対極性のトランジスタ、すなわち、Q1
,Q2のNPNトランジスタに対して、Q3 がPNP
トランジスタからなっている場合の回路構成を示すもの
である。この場合にも、図1と同様に、正帰還に対して
はコレクタ側からCfnを入れることによりさらに広帯
域化することができる。
【0024】次に、本発明の第三の実施例を図4に基づ
いて説明する。ここでは、トランジスタQ1,Q2,Q
3 をすべてPNPで構成した場合で図8に対応するも
のである。この場合、図1と同様に、正帰還をかけて広
帯域化したり、ダイオードと抵抗とによる温度補償を行
うこともできる。
【0025】次に、本発明の第四の実施例を図5に基づ
いて説明する。ここでは、フォトディテクタPDをアー
ス側と接続した場合の回路構成を示すものである。この
場合、PDに逆バイアスを大きくかけるためには、図6
に示すようにエミッタフォロワのトランジスタQ4 (
この図6では1段だけ)を何段か接続するか、De1の
ようなダイオードを何個かQ1 のエミッタ側に接続す
るようにする。このような素子の接続は図1の正帰還回
路には挿入することができるが、ベースとアースとの間
にPDを接続しているため、その代わりにQ1 のエミ
ッタ側に抵抗re1とダイオードDe1とを接続するよ
うにする。ただし、その場合には、抵抗re1を大きく
すると、Q2 における電圧ゲインは小さくなるため、
十分な補償を行うのは難しくなるため注意を要する必要
がある。
【0026】
【発明の効果】請求項1記載の発明は、フォトダイオー
ドの出力をエミッタ接地されたトランジスタで増幅しそ
のトランジスタのコレクタの出力をベース接地で受ける
カスコード回路を設け、このカスコード回路の出力側に
エミッタフォロワ回路を接続し、このエミッタフォロワ
回路の出力の一部を前記カスコード回路の一段目のトラ
ンジスタのベースへフィードバックするフィードバック
回路を設け、前記カスコード回路のエミッタ接地された
トランジスタのベースとアースとの間にバイアス抵抗と
順方向のバイアス用ダイオードとを直列状態で接続した
ので、このようにカスコード回路とエミッタフォロワ回
路とを設けたことにより、初段のトランジスタのベース
とコレクタ間の容量の影響によって帯域の劣化をなくし
、しかも、初段のトランジスタのコレクタに接続された
抵抗による大きな電圧ゲイン(オープンループゲイン)
を得ることが可能となり、また、フィードバック回路を
用いて一段と深いフィードバックをかけることができる
ため、回路系全体の動作を一段と安定させることが可能
となり、さらに、順方向バイアスのダイオードとIC中
における抵抗を組み合わせることにより、オフセットの
温度係数を一段と小さくすることができるものである。
【0027】請求項2記載の発明は、エミッタフォロワ
回路のトランジスタのコレクタ側に抵抗を接続し、前記
トランジスタのエミッタ側の出力を抵抗を介して取り出
した信号と前記トランジスタのコレクタ側の出力をコン
デンサを介して取り出した信号とをカスコード回路の一
段目のトランジスタのベースへフィードバックするよう
に設定したので、エミッタフォロワ回路のエミッタ側の
出力を抵抗及びコレクタ側の出力をコンデンサを介して
、初段のトランジスタのベースにフィードバックさせる
ことにより、高速応答性を一段と高めることが可能とな
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示す回路図である。
【図2】図1のカスコード回路の初段のトランジスタの
前段にエミッタフォロワ回路を設けた場合の様子を示す
回路図である。
【図3】本発明の第二の実施例を示す回路図である。
【図4】本発明の第三の実施例を示す回路図である。
【図5】本発明の第四の実施例を示す回路図である。
【図6】第四の実施例の変形例を示す回路図である。
【図7】第一の従来例を示す回路図である。
【図8】第二の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1      フォトダイオード 2      エミッタフォロワ回路 3      フィードバック回路 PD    フォトダイオード Q1     トランジスタ Q3     トランジスタ rb1    バイアス抵抗 Db1    順方向のバイアス用ダイオードrc3 
   抵抗 rfn    抵抗 Cfp    コンデンサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  フォトダイオードの出力をエミッタ接
    地されたトランジスタで増幅しそのコレクタの出力をベ
    ース接地で受けるカスコード回路を設け、このカスコー
    ド回路の出力側にエミッタフォロワ回路を接続し、この
    エミッタフォロワ回路の出力の一部を前記カスコード回
    路の一段目のトランジスタのベースへフィードバックす
    るフィードバック回路を設け、前記カスコード回路のエ
    ミッタ接地されたトランジスタのベースとアースとの間
    にバイアス抵抗と順方向のバイアス用ダイオードとを直
    列状態で接続したことを特徴とする光検出回路。
  2. 【請求項2】  エミッタフォロワ回路のトランジスタ
    のコレクタ側に抵抗を接続し、前記トランジスタのエミ
    ッタ側の出力を抵抗を介して取り出した信号と前記トラ
    ンジスタのコレクタ側の出力をコンデンサを介して取り
    出した信号とをカスコード回路の一段目のトランジスタ
    のベースへフィードバックするように設定したことを特
    徴とする請求項1記載の光検出回路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19523431A1 (de) * 1995-06-28 1997-01-09 Telefunken Microelectron Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines optischen Signals in ein elektrisches Signal
JPH0964654A (ja) * 1995-08-29 1997-03-07 Olympus Optical Co Ltd 光電変換回路
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JP2015192267A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 日本電信電話株式会社 エミッタフォロア回路

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