JPS6378586A - 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］ （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１直に制ＯＩＩシて光出力の安定化
を図るＡ　Ｐ　Ｃ（Ａ　ｕｔｏｍａｔｉｃ　　Ｐ　ｏｗ
ｃｒＣ０ｎｔｒＯ１’）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、彼駆シ」レーデダイ
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。

ぞして、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、フィ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のオペアンブを備
えた演算回路の一方の入力娼：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ωノする駆動回路
は高速動作性を有し、■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（ｆ５えられ、かなり複雑
な回路（を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（直に安定さ
せるまでの応答時間が比較的長くなって？：ｒＪ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（１ｎ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
電流および前記基準電流源の基準電流間の差電流に比例
する入力電圧と基準電圧とを入力し、該入力電圧と基準
電圧との差に比例する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
する差動増幅器とを右づることを要旨とする。

く作用） 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。

この光起電流および所定値に設定された基準電流間の差
電流に比例した入力電圧と基準電圧とが差動増幅器に入
力し、その入力電圧と基準電圧との差に比例する出力で
、バイアス用電流源から被駆動シー１１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υ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）、ｌ）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（△）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（Ｂ）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ＰＡ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本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と被駆動レーザダイオード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、基準電流源３には被駆動レーザダイ
オードＬＤの光出力ＰＯを決めるＷｅとなる所定の基準
電流１ｒｅｆ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ｍが、差動増
幅器５の反転入力端子（−）に接続されている。

差動増幅器５は、その非反転入力端子（＋）に基Ｑ電圧
Ｖｒｅｆが設定されている。

第１図の例では、非反転入力端子（＋）は接地されて基
準電圧はＶｒｅｆ＝Ｏに設定されているので、差動増幅
器５は反転増幅器として動作する。

差動増幅器５は、電圧入力、電流出力形の増幅器で、そ
のコンダクタンスはＧに設定されている。

また、反転入力端子〈−）の入力インピーダンスＲａ１
即ちｍ点のインピーダンスはＲａ　　ｏｏである。

差動増幅器５の出力端子は、バイアス用電流源２と被駆
動レーザダイオードＬＤのアノードとの接続点に接続さ
れている。

なお、差動増幅器５の出力電流１ｏによる順方向電流Ｉ
ｆの制御のため、帰還ループが形成されるので、発振防
止のためには、差動増幅器５の出力端子と反転入力端子
（−）との間に図示省略のコンデンサが接続される。

次に第２図の（Ａ）、（Ｂ）を用いて作用を説明する。

被駆動レーザダイオードＬＤは、第２図の（Ａ）に示す
ように、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Ｉｔｈに達するとレーザ発振して光出力
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Ｐｏは次のように近似
される。

Ｐｏ＝○　　　　　　　　　（Ｉｆ＜１ｔｈ）Ｐｏ＝ａ
（Ｉｆ−Ｉｔｈ）　　　（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。

ｌ５＝ｂ−Ｐｏ　　　　　　　　　　　　・・・（２）
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。

差動増幅器５は、非反転入力端子（＋）に基準電圧■ｒ
ｅｆ−０が設定され、反転入力端子（−）にフォトダイ
オードＰＤで発生した光起電流１ｓとＸ３準電流１　ｒ
ｅｆとの差電流に比例した電圧Ｒａ・（Ｉｓ−Ｉｒｅｆ
）が入力し、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。

１ｏ＝−〇　−Ｖ　　ｔ　　ｎ　　　　　　　　　　　
　　　　＝−（３）Ｖｉ　　ｎ＝Ｒａ　　（Ｉｓ−１ｒ
ｅｆ）フォトダイオードＰＤの光起電流１ｓは、被駆動
レーザダイオードＬＤの順方向電流Ｉｆに比べて十分に
小さいので、バイアス用電流源２からの電流Ｉｂ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。

Ｉ　ｆ＝　Ｉ　ｂ＋　Ｉｏ　−１ｓ Ｉｂ＋ＩＯ・・・（４） ここで、上記の（２）〜（４）式を、（１）式に代入す
ると次式が（７られる。

Ｐｏ＝ａ−（Ｉｂ＋Ｇ−Ｒａ−１ｒｅｆ−１ｔｈ）／　
（１＋ａｂＧ−Ｒａ） ・・・（５） 前記のように差動増幅器５における反転入力端子（−）
の入力インピーダンス、即ちｍ点の入力インピーダンス
Ｒａは極めて大ぎいので、（５）式は次式のように簡略
化される。

Ｐｏ　−１ｒｅ　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Ｉｒｅｆに比例し、基準電流Ｉｒ
ｅｆ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、さらに説明する。

被駆動レーザダイオードＬＤの代表的な特性は、次の通
りである。

ｌｔｈ＝７０ｍＡ ａ＝０．６ｍＷ／ｍＡ ｂ＝０．０２３ｍＡ／ｍＷ したがってＲａ＝１００にΩであれば、ａｂＧ−Ｒａ　
　５３００ となって、前記（６）式が十分に成立つことが分る。

なおコンダクタンスＧの値は、 Ｇ＝１００ｍＡ／２６ｍＶ　　３．８ である。

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、差動対トランジスタＱ＋　、Ｑ２で差Ｏ
ノ増幅器５を（１へ成したのである。

２個のトランジスタＱ＋　、Ｑ２は、エミッタが共通接
続され、その共通接続点と低電位線路４ａとの間にエミ
ッタ電流１ｅの流れるエミッタ電流源（定電流源）７が
接続されている。

出力電流（−１ｏ）は、トランジスタＱ１のコレクタか
ら１ｑており、次式で表わされる。

−Ｉｏ＝Ｉｅ−ｅｘｐ　（Ｖｉｎ／Ｖｔ）／［１＋ｅｘ
ｐ（Ｖｉｎ／Ｖｔ＞］ ｒｅ−［１ト　（Ｖｉｎ／Ｖｔ）］／２・・・（７） ここにＶｉｎはｍ点の入力電圧、Ｖｔは熱電圧（室温で
約２６ｍＶ）である。

（７）式の小信号近似では、前記（３）式におけるコン
ダクタンスＧが　　　　　− Ｇ＝　Ｉ　ｅ／　（２Ｖｔ　）　　　　　　　　　　・
（ａ）になったものに相当する。

（７）式には、オフセット項が存在し、Ｖ　ｉ　ｎ＝Ｑ
ｒ、−ＩＯ−１ｅ／２　（≠Ｏ）となるが、これはフォ
トダイオードＰＤのバイアス点が動くだけで駆動回路と
しての影響は小さい。

第４図には、この発明の第３実施例を示す。

この実施例は、差動増幅器８を差動対トランジスタで構
成した点は、前記第２実施例のｂのと同様であるが、差
動対を構成する各トランジスタを、それぞれ２個のトラ
ンジスタＱ１とＱ３およびＱ２とＱ４を用いてダーリン
トン接続としたものである。

ダーリントン接続とすることにより、差動増幅器８の入
力インピーダンスが極めて高くなり、前記（６）式が一
層精度よく成立する。

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２実施例（第３図）等におけるバ
イアス用電流源、基壁電流源およびエミッタ電流源を、
ぞれぞれ抵抗で四換えたものである。

まずバイアス用電流源が、抵抗Ｒ１で置換えられている
。バイアス肩流Ｉｂは、次式により規定される。

Ｉ　ｂ　＝　（Ｖｃｃ−Ｖ’ｌ”　）／Ｒ＋　　　　　
・＝（９）ここに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ＬＤの順方向電圧であ
る。

九（単１流源は、抵抗Ｒ２で置換えられている。

この抵抗Ｒ２で設定ａれる基準電流■ｒｅｆは、次式で
与えられる。

Ｉ　ｒ　ｅ　ｆ　＝Ｖｅ　ｅ／Ｒ２・−ｃｏｏ）ここに
Ｖｅｅは、低電位線路４の負電源電圧である。

また、エミッタ電流源は、抵抗Ｒ３で置換えられている
。

この抵抗Ｒ３で設定されるエミッタ電流１ｅは、次式で
与えられる。

Ｉ　ｅ　＝　（Ｖ　ｅ　ｅ　−Ｖ　ｂ　Ｏ）　／　Ｒ３
・＝　（ＩＩ）ここに、Ｖｂｅは、トランジスタＱ２の
ベース・エミッタ間電圧である。

なお、第５図に示すように、この実施例ではｎｐｎ形ト
ランジスタＱ＋　、Ｑ２の差動対で構成された差動増幅
器と各抵抗Ｒ＋　、Ｒ２、Ｒ３等で駆動回路が構成され
るので、容易にＩＣ化を図ることができる。

第６図には、この発明の第５実施例を示す。

この実施例は、バイアス用電流源のバイアス電流をバッ
ファ用トランジスタで増幅して、これを被駆動レーザダ
イオードに供給するようにしたものである。

第６図中、Ｑ５はバッファ用トランジスタで、バッファ
用トランジスタＱ５は、（＋）電源線路１と被駆動レー
ザダイオードＬＤのアノードとの間に接続されている。

差動増幅器の出力線とバイアス用電流源２との接続点が
、バッファ用トランジスタＱ５のベースに接続されてい
る。

被駆動レーザダイオードＬＤへ供給される順方向電流Ｊ
ｆは次式で表わされる。

Ｉｆ　　β・（Ｉｂ＋ＩＯ）　　　　　　・・・０ここ
にβは、バッファ用トランジスタＱ５のエミッタ接地電
流増幅率である。

したがって、前記（４）式の順方向電流ｉｆは、β゛倍
されてバッファ用トランジスタＱ５のエミッタから被駆
動レーザダイオードＬＤに供給される。

被駆動レーザダイオードＬＤの駆動用の順方向電流Ｉｆ
は、１００ｍＡ程度の比較的大電流が必要とされるので
、バッファ用トランジスタＱ５を使用すると回路設計が
容易になるという利点がある。

上記第６図までの各実施例では、被駆動レーザダイオー
ドＬＤと、これと対になるモニター用のフォトダイオー
ドＰＤにおいて、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
ているものを使用した場合について説明したく後述の第
７図の（Ｂ）には、これが再び示されている）。

レーザダイオードとこれと対になるフォトダイオードは
、上記のような接続態様の他に、各種の態様の共通接続
ビンを持ったもの、またはレーザダイオードおよびフォ
トダイオードが、共通接続ビンを有せず、それぞれに独
立した端子ビンを有するもの等がある。

第７図〜第９図の各実施例は、これらの被駆動レーザダ
イオードしＤとフォトダイオードＰＤの組合わせを用い
て駆動回路を構成した場合の各回路例を示したものであ
る。

まず、第７図の（Ａ）、（Ｂ）には、この発明の第６実
施例を示す。

第７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
れたものを用いた場合の回路例である。

上記の回路例は、前記第１実施例（第１図）、即ち第７
図の（Ｂ）における被駆動レーザダイオードＬＤおよび
フォトダイオードＰＤを逆極性接続としたものに相当す
る。

上記のように、第７図の（△）と、第７図の（Ｂ）とは
、レーザダイオードＬＤおよびフォトダイオードＰＤの
極性が互いに逆極性とされているので、これに伴い差動
増幅器についても、これに対応したものが使用される。

第１０図Ｊ３よび第１１図は、このような両差動増幅器
を示したもので、第１０図に示される差動増幅器５ａは
、差動対を構成する両トラ′ンジスタＱ５、Ｑ６がｐｎ
ｐ形のものが用いられ、ｐｎｐトランジスタＱ５のコレ
クタから出力電流■０が取出されている。

このような構成の差動増幅器５ａを、その出力端子に記
号１ｆＪを以って示す。

Ｐ形の差動増幅器５ａは、第７図の（Ａ）の回路例に適
用される。

これに対し、第１１図に示される差動増幅器５は、差動
対を構成する両トランジスタＱ＋　、Ｑ２がｎｐｎ形の
ものが用いられ、ｎｐｎ形トランジスタＱ１のコレクタ
から出力電流−１ｏが取出されている。

このような構成の差動増幅器５を、その出力端子に記号
ＦＮＪを以って示す。

Ｎ形の差動増幅器５は、第７図の（Ｂ）の回路例に適用
される。

第８図の（Ａ）、（Ｂ）には、この発明の第７実施例を
示す。

この実施例は、被駆動レーザダイオードＬＤおよびフォ
トダイオードＰＤが、互いに共通接続から解除されて、
それぞれ独立ビンを有する場合の回路例である。

第８図の（Ａ）と、第８図の（Ｂ）とは、被駆動レーザ
ダイオードＬ　Ｄ　ａ３よびフォトダイオードＰＤを、
互いに逆極性接続としたものである。

第８図の（Ａ）には、Ｐ形の差動増幅器５ａが適用され
、第８図の（Ｂ）には、Ｎ形の差動増幅器５が適用され
る。

第９図の（△）、（Ｂ）には、この発明の第８′実施例
を示す。

第９図の（Ａ）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のアノード同士を接続したもの、
第９図の（Ｂ）は、カソード同士を接続したものをそれ
ぞれ用いた場合の回路例である。

第９図の（Ａ）には、Ｐ形の差動増幅器５ａが適用され
、第９図の（Ｂ）には、Ｎ形の差動増幅器５が適用され
る。

なお、第７図の（Ａ）、（Ｂ）〜第９図の（Ａ）、（Ｂ
）における差動増幅器としては、前記第４図における差
動増幅器８を、前記のようにＰ形およびＮ形としたもの
を適用することもできる。

［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、光電変
換手段で発生した光起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入力電圧が基準電圧の設定され
た差動増幅器に入力し、その入力電圧と基準電圧との差
に比例する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制御されて、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、第７図はこの発
明の第６実施例を示す回路図、第８図はこの発明の第７
実施例を示す回路図、第９図はこの発明の第８実施例を
示す回路図、第１０図は同上の第８実施例等に適用され
る差動増幅器を示す回路図、第１１図は同上差動増幅器
の弛の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、 ５．５ａ、８：差動増幅器、 ＬＤ二被被層レし−ザダイオード、 ＰＤ：フォトダイオード〈光電変換手段）、Ｒ１：バイ
アス電流源となる抵抗、 Ｒ２：基準電流源となる抵抗、 Ｑ＋　、Ｑ２　、Ｑ３　、Ｑ４　、Ｑ５　、Ｑａ　　：
差動増幅器を構成力るトランジスタ。

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および前記基準電流源の基準
   電流間の差電流に比例する入力電圧と基準電圧とを入力
   し、該入力電圧と基準電圧との差に比例する出力で前記
   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差動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。