JPS60241337A - 発光素子駆動回路 - 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】 技術分野 本発明は、光通信システムにおいて、電気信号を光信号
に変換する発光素子の駆動回路に関するものである。

従来技術 半導体レーザあるいは発光ダイオードのような発光素子
をパルス駆動する方法として、第１図（ａ）に示スよう
にトランジスタＴＲのコレクタ負荷と゛　して発光素子
２を接続してそのトランジスタＴＲのベースに入力パル
ス信号３を供給する方法や、第１図ら）に示すようにト
ランジスタＴＲのエミッタ負荷として発光素子２を接続
して同様にそのトランジスタＴＲのベースに入力パルス
信号３を供給する方法が広く知られている。

更に、高速パルス駆動の場合には、第２図に示すように
、互いにエミッタを共通結合された２つのトランジスタ
ＴＲＩ及びＴＲ２からなる電流切換え型スイッチ回路が
一般的に用いられている。

第２図の電流切換え型スイッチ回路において、一方のト
ランジスタＴＲＩのコレクタは発光ダイオードのような
発光素子２を介して電圧源に接続し、他方のトランジス
タＴＲ２のコレクタは抵抗Ｒ１を介して同一の電圧源に
接続し、共通接続されたエミッタは、等測的な電流源４
を介して接地されている。そして、２つのトランジスタ
のベースには、互いに反転した関係にある入力パルス信
号３及び５が供給されて、発光素子２が駆動される。

しかしながら、半導体レーザあるいは発光ダイオードの
ような半導体発光素子は、それ自体に並列に寄生容量を
有している。このため、電流切換え型スイッチ回路を用
いて高速駆動をしようとしても、入力パルス信号の立上
り時には、半導体発光素子の寄生容量を充電する間は、
発光素子に流れる電流は減ぜられ、光出力の立上りが遅
れる。

一方、人力パルス信号の立下り時には、発光素子が接続
されているトランジスタはオフ状態になっているにもか
かわらず、半導体発光素子の寄生容量に蓄えられた電荷
が発光素子を流れるために、光出力が速やかに消えずに
、光出力のすそ引き現象を呈することになる。

以上のような問題に鑑みて、第３図に示すように、トラ
ンジスタＴＲのコレクタに接続された発光素子２と並列
に抵抗Ｒを接続することが提案されている。

このように発光素子と並列に抵抗を接続することにより
、発光素子の消光時に、発光素子の寄生容量に蓄えられ
た電荷の放電路を確保することができる。従って、消光
時速やかに寄生容量の電荷が解放され、光出力のすそ引
き現象は実質的に抑制され、発光素子の光出力の立下り
特性を著しく改善することができる。

しかしながら、このように並列に抵抗を接続した場合、
光出力の立下りを改善し、高速化を実現できるが、反面
、消光状態から発光状態への遷移における遅延時間が増
大する。

その理由は以下の如くである。

発光素子として発光ダイオードを例にとるならば、発光
ダイオードの順方向電圧−電流特性は、第４図の如くで
あり、最低発光電圧即ち消光電圧■１と標準発光電圧■
２との電圧差は小さい。

従って、並列抵抗がない場合の発光ダイオードの両端間
の電圧変化は、第５図に示す如くとなり、立上りは高速
で動作するものの、立下りのときは電圧■２から■１へ
変化するのに時間Ｔｆを要し、すそ引き現象を呈し、光
出力波形もすそ引き現象を呈する。

他方、発光ダイオードに並列に抵抗した場合は、発光ダ
イオードの両端間の電圧は、第６図に示すように、消光
時０■に漸近し、その結果、電圧■２から■１へ低下す
るに要する時間Ｔｔ’即ち発光状態から消光状態に変化
する時間は、並列抵抗がない場合に比べて著しく短縮し
ている。即ち、すそ引き現象は抑えられる。

反面、消光時、発光素子の両端間電圧は、ＯＶに向かっ
て電圧は降下し、第６図に示すように、消光時間が長い
程Ｏ■に漸近してゆ（ので、立上り時には、その０■に
近い電圧から電圧■２まで電圧を引き上げなければなら
ない。しかし、その０■に近い電圧から電圧■１までの
電圧域■、では、発光ダイオードは発光しないので、発
光前の消光時間が長ければ長い程、光出力の立上りに大
きな遅延が起きる。この現象は、半導体レーザにおいて
も同様である。

そのため、すそ引き現象を抑えて高速化を実現するべく
発光素子に並列抵抗を設けても、光出力の立下りの問題
は改善されるものの、パルス遅延が、伝送符号パターン
により即ち連続する消光時間の長さにより変化するため
に、符号ジッターが発生し、実用化には問題があった。

そこで、本発明の発明者は、すそ引き現象を抑え且つ光
出力の立上りに遅れのない発光素子駆動回路を研究して
、第７図に示すように、パルス信号３を受けて発光素子
２を駆動する発光素子駆動回路において、発光素子に並
列に、該発光素子に対して同方向となるように向けられ
、該発光素子の最低発光電圧より低い順方向導通最低電
圧を持つダイオードのような等値電圧源７と抵抗Ｒとか
らなる直列回路を接続することを創案した。

以上の如き発光素子駆動回路における、発光素子２に並
列な、ダイオードのような等値電圧源７と抵抗Ｒとから
なる直列回路の特性は、第８図の電圧−電流特性グラフ
から明らかなように、等値電圧源の電圧Ｖｍｉｎ　（ダ
イオードの順方向導通最低電圧）以下では、高インピー
ダンスとなり、等値電圧源の電圧Ｖｍｉｎ　（ダイオー
ドの順方向導通最低電圧）以上では、その直列回路のダ
イナミックインピーダンスは、抵抗Ｒの値と等しくなる
。

なお、第７図の発光素子駆動回路は、発光素子の両端間
の電圧を速やかに降下させるには、抵抗Ｒを、第３図の
回路の場合より小さくすることが好ましく、反面、発光
に寄与せずに消費される電流が大きいということになる
。

かくして、第７図の発光素子駆動回路においては、発光
素子の消光時は、その寄生容量に蓄積された電荷が等値
電圧源７と抵抗Ｒを介して放電されて速やかに消光電圧
■、以下となり、光出力のすそ引き現象はほとんど生じ
ない。

一方、発光素子の両端間の電圧は、等値電圧源の電圧Ｖ
ｍｉｎ　（ダイオードの順方向導通最低電圧）以下には
下がらないので、最低発光電圧まで上昇しなければなら
ない電位差が小さく、発光素子の発光時には、最低発光
電圧まで速やかに達し、光出力の立上りの遅れもほとん
ど生じない。

それ故、第７図の発光素子駆動回路は、光出力の立下り
の裾引きもな（、且つ光出力の立上りも速（、ジッター
も効果的に抑制できる。

しかしながら、第７図の発光素子駆動回路において、発
光素子の順方向電圧にバラツキがある場合には、発光素
子に並列に接続された回路に流れる電流にもバラツキが
生じ、それに伴い、発光素子駆動回路の消費電気エネル
ギー量が変化する。

換言するならば、発光素子の順方向電圧にバラツキがあ
る場合には、無駄に電気エネルギーが消費される。そこ
で、実際には、その並列回路の抵抗の抵抗値の調整や、
駆動電流の調整が必要であった。しかし、そのような調
整は極めて煩雑である。

発明の目的 そこで、本発明は、光出力の立下りの裾引きもなく且つ
光出力の立上りも速く、ジッターも効果的に抑制でき、
更に、並列回路の抵抗の抵抗値の調整や駆動電流の調整
の必要なく、発光素子に印加される電圧が変動しても消
費電力が安定している発光素子駆動回路を提供せんとす
るものである。

発明の構成 すなわち、本発明によるならば、パルス信号を受けて発
光素子を駆動する発光素子駆動回路において、前記発光
素子に並列に、該発光素子の最低発光電圧より高い所定
の電圧以上の電圧′域において定電流特性をもつ非線形
回路が接続されたことを特徴とする発光素子駆動回路が
提供される。

以上のような発光素子駆動回路においては、非線形素子
が定電流特性を発揮する所定電圧以上の電圧域では、発
光素子に印加される電圧に関係になく、発光素子に並列
な回路を流れる電流は安定化される。一方、非線形素子
が定電流特性を発揮する所定電圧以下でも以上でも、そ
の非線形素子は、発光素子の放電路として作用し、光出
力の立下りの裾引きを防止しまた光出力の立上りの遅れ
を防止する。

実施例 以下添付図面を参照して本発明による発光素子駆動回路
の実施例を説明する。

第９図は、本発明による発光素子駆動回路の一実施例を
示す回路図である。

入力パルス信号３は、発光素子のための駆動回路を構成
するトランジスタＴＲのベースに入力され、そのトラン
ジスタＴＲのコレクタに接続された発光ダイオードある
いは半導体レーザのような半導体発光素子２には、半導
体ダイオード７及び電界効果トランジスタ８との直列回
路が並列に接続されている。そして、そのダイオード７
は、発光素子２と同方向に接続されており、そのダイオ
ード７のカソードは、電界効果トランジスタ８のドレイ
ンに接続され、そのソースは、ゲートと一緒に、トラン
ジスタＴＲのコレクタに接続されている。

以上のような発光素子駆動回路において、発光素子の並
列回路すなわちダイオード７と電界効果トランジスタ８
との直列回路の特性をみるならば、第１０図に示す電流
−電圧特性グラフかられかるように、成る電圧Ｖｍａｘ
を越えると、電界効果トランジスタ８の作用により、定
電流特性を示す。一方、ダイオード７の順方向導通最低
電圧Ｖｍｉｎ以下では、ダイナミックインピーダンスは
無限大を呈し、発光素子２の両端間電圧がそのダイオー
ド７の順方向導通最低電圧Ｖｍｉｎ以下に低下しないよ
うに作用する。そして、上記した成る電圧Ｖｍａｘとダ
イオード７の順方向導通最低電圧Ｖｍｉｎとの間では、
低インピーダンス回路として機能する。

かくして、トランジスタＴＲのベースへの入力パルス信
号３がハイレベルに変化すると、発光素子２の順方向に
電流が流れ、発光素子２が発光する。そして、入力パル
ス信号３がローレベルとなると、発光素子２は遮断され
、消光する。

以上の発光・消光の繰返しにおいて、消光時は、発光素
子２の寄生容量に蓄積された電荷が、ダイオード７と電
界効果トランジスタ８とからなる電流路を通って流れ迅
速に消散し、その両端間の電圧は第１１図に示すように
、標準発光電圧■２から最低発生電圧■１以下に速やか
に低下し、光出力のすそ引き現象はほとんど生じない。

しかし、ダイオード７の両端の電圧が、その順方向導通
最低電圧Ｖｍｉｎ以下になると、ダイオード７は非導通
状態になる。その結果、発光素子２の寄生容量に蓄積さ
れた電荷は、それ以上消散されず、発光素子２０両端間
の電圧の降下は、第１１図に示すように、ダイオード７
の順方向導通最低電圧Ｖｍｉｎに止まる。

それ故、発光素子２の発光時、発光素子２の両端間電圧
が、そのＶｍｉｎから上昇して最低発光電圧■１に達す
れば、発光を開始するので、光出力の立上り遅れは、並
列抵抗Ｒしかない場合のより短くなる。

かくして、上記した回路によれば、光出力のすそ引き現
象がほとんどなく且つ立上り遅れも極めて短くなり、発
光素子の駆動を高速化することができる。

更に、発光素子２への印加電圧が変動しても、電界効果
トランジスタ８の定電流特性に、より、発光素子の並列
回路を流れる電流即ち発光に寄与しない電流は制限され
、消費電力の無駄が効果的に抑制される。従って、第７
図の回路の抵抗Ｒの調整や、電源電圧の調整の必要なく
、発光素子に並列な回路を流れる電流を安定化すること
ができる。

ＧａＡｓ赤外発光ダイオードの場合を例に挙げて具体例
を考えるならば、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードの最低発
光電圧■１　は約１．０■であり、標準発光電圧■２は
約１．２５　Ｖである。そのような発光ダイオードに対
して、普通のシリコンダイオードをダイオード７として
使用すると、普通のシリコンダイオードの順方向導通最
低電圧Ｖｍｉｎは約０．７■である。そして、そのダイ
オードとそれに直列に接続された電界効果トランジスタ
８とからなる回路が定電流特性を発揮する電圧、換言す
るならば発光素子の並列回路の最大電圧Ｖｍａｘが約１
．ＯＶとなるように、電界効果トランジスタ８を選択す
る。

このような場合は、ＧａＡｓ赤外発光ダイオードの両端
間電圧は、０．７■から１．２５　Ｖの間を変化し、０
．７■から１．０■以上に上昇したときに発光する。

これに対して、ダイオードを並列に接続しないときは、
約０■と１．２５　Ｖとの間を変化し、約０■から１．
０■以上に上昇したときに発光する。すなわち、第９図
の回路においては、発光の際必要な電圧上昇幅が、従来
の約３分の１になり、光出力の立上りの遅れが顕著に小
さくなっていると共に、発光素子の両端間の電圧が１．
０．Ｖを越えるときは定電流特性により発光素子の並列
回路を流れる電流が制限されることがわかろう。

第１２図は、本発明による発光素子駆動回路のもう１つ
の実施例の回路図である。第１２図の回路と第９図の回
路との唯一の相違は、第１２図の回路にはダイオード７
が省略されていることである。

第１２図の発光素子駆動回路において、発光素子２に並
列に接続された電界効果トランジスタ８の特性は、第１
３図の電流−電圧特性グラフから明らかなように、成る
電圧Ｖｍａｘを越えると、電界効果トランジスタ８の特
性により、定電流特性を示す。一方、その成る電圧Ｖｍ
ａｘ以下では、比較的高インピーダンスの回路として機
能する。

この場合も、消光時、電界効果トランジスタ８が定電流
特性を発揮する電圧、換言するならば発光素子の並列回
路の最大電圧’Ｊｍａｘより発光素子２の両端間電圧が
高い間は、発光素子の電荷が電界効果トランジスタ８を
介して迅速に流れ、発光素子２の両端間電圧が急激に低
下する。

一方、発光素子２の両端間電圧が、電界効果トランジス
タ８が定電流特性を呈しない電圧域即ち上記最大電圧Ｖ
ｍａｘ以下になると、徐々に電圧は低下してゆく。その
結果、その電圧Ｖｍａｘから０■への漸近に時間がかか
り、消光時間の長さによる次の発光時の光出力の立上り
の遅延時間の差が軽減できる。

従って、発光・消光の繰返しにおいて、消光時は、発光
素子２の寄生容量に蓄積された電荷が、電界効果トラン
ジスタ８を通って流れ迅速に消散し、その両端間の電圧
は、標準発光電圧■２から最低発生電圧■１以下に速や
かに低下し、光出力のすそ引き現象はほとんど生じない
。

一方、発光素子の両端の電圧が、電界効果トランジスタ
８が定電流特性を呈しない電圧域即ち上記最大電圧Ｖｍ
ａｘ以下になると、発光素子２の寄生容量に蓄積された
電荷は、徐々に放散されていくので、発光素子２の両端
間の電圧の降下はゆっくりしている。

それ故、発光素子２の次の発光時、発光素子２の両端間
電圧が、電界効果トランジスタ８が定電流特性を発揮す
る最低電圧即ち上記最大電圧Ｖｍａｘより多少低い電圧
から上昇して最低発光電圧■１に達すれば、発光を開始
するので、光出力の立上り遅れは、並列抵抗Ｒしかない
場合より短くなる。

以上本発明による実施例を説明してきたが、本発明によ
る発光素子駆動回路に使用される定電流回路は、上記し
た実施例の構成に限らず、発光素子の最低発光電圧より
高い電圧域において定電流特性を発揮するならば、どの
ような回路素子を使用して構成してもよい。

また、本発明による発光素子駆動回路は、第１図（ａ）
に示すような回路だけでなく、第１図ら）や第２図に示
すようなほかの駆動形式の回路にも同様に適用できるこ
とは、当業者には明らかであろう。

発明の効果 以上から明らかなように、本発明による発光素子駆動回
路によるならば、光出力のすそ引き現象を抑え且つ光出
力の立上り遅れをほとんどなくすることができると共に
、発光素子への印加電圧が変動しても、抵抗の抵抗値や
駆動電圧の調整の必要なく、発光素子の並列回路を流れ
る電流を安定させて消費電流を効果的に抑制して、発光
素子を高速駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ハ）並びに第２図は、従来の発光
素子駆動回路の回路図、第３図は、更に別の従来の発光
素子駆動回路の回路図、第４図は、発光ダイオードの電
圧−電流特性を示すグラフ、第５図及び第６図は、従来
の発光素子駆動回路における発光素子両端間電圧変化を
示す波形図、第７図は、更に別の発光素子駆動回路の回
路図、第８図は、第７図の回路における発光素子と並列
な回路の電流−電圧特性を示すグラフ、第９図は、本発
明による発光素子駆動回路の１実施例の回路図、第１０
図は、第９図の回路における発光素子と並列な回路の電
流−電圧特性を示すグラフ、第１１図は、第９図の発光
素子駆動回路における発光素子両端間電圧変化を示す波
形図、第１２図は、本発明による発光素子駆動回路のも
う１つの実施例の回路図、第１３図は、第１２図の回路
における発光素子と並列な回路の電流−電圧特性を示す
グラフである。 （主な参照番号） ＴＲＸＴＲ１、ＴＲ２・・・トランジスタ、２・・・発
光素子、 ３．５・・・入力パルス信号、 ４・・・電流源、 ７　・　・　・ダイオード、 ８・・・電界効果トランジスタ 特許出願人　住友電気工業株式会社 代理人弁理士新居正彦 電源を圧 重堀電反 第２図 第３図 第４図 区　区 ＣＱ 昧　法

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス信号を受けて発光素子を駆動する発光素子
   駆動回路において、前記発光素子に並列に、該発光素子
   の最低発光電圧より高い所定の電圧以上の電圧域におい
   で定電流特性をもつ非線形回路が接続されたことを特徴
   とする発光素子駆動回路。
2. （２）前記非線形回路は、前記発光素子の導通方向と同
   じ方向に、該発光素子の正電位側にアノードが接続され
   たダイオードと、該ダイオードのカソードにドレインが
   接続されソースとゲートとが一緒に前記発光素子の負電
   位側に接続されている電界効果トランジスタとの直列回
   路で構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の発光素子駆動回路。
3. （３）前記非線形回路は、前記発光素子の正電位側にド
   レインが接続されソースとゲートとが一緒に前記発光素
   子の負電位側に接続されている電界効果トランジスタで
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の発光素子駆動回路。
4. （４）前記発光素子は、半導体レーザ又は発光ダイオー
   ドであることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ３項までのいずれかに記載の発光素子駆動回路。