JP2710487B2 - 半導体発光素子駆動回路 - Google Patents
半導体発光素子駆動回路Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体発光素子駆動
回路に関し、特に半導体発光素子の光出力波形を改善す
ることができる半導体発光素子駆動回路に関する。
回路に関し、特に半導体発光素子の光出力波形を改善す
ることができる半導体発光素子駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の半導体発光素子駆動回路
を示す回路図である。図において、1は半導体レーザー
ダイオード、Q1,Q2は差動スイッチ回路50を構成
するNPNトランジスタである。トランジスタQ1はコ
レクタが抵抗5を介して高電位電源10に接続されてい
る。トランジスタQ2は、エミッタがトランジスタQ1
のエミッタに、コレクタが半導体レーザーダイオード1
のカソードに各々接続されている。半導体レーザーダイ
オード1のアノードは高電位電源10に接続されてい
る。
を示す回路図である。図において、1は半導体レーザー
ダイオード、Q1,Q2は差動スイッチ回路50を構成
するNPNトランジスタである。トランジスタQ1はコ
レクタが抵抗5を介して高電位電源10に接続されてい
る。トランジスタQ2は、エミッタがトランジスタQ1
のエミッタに、コレクタが半導体レーザーダイオード1
のカソードに各々接続されている。半導体レーザーダイ
オード1のアノードは高電位電源10に接続されてい
る。
【0003】Q3,Q4は入力段のNPNトランジスタ
であり、これらのトランジスタによりトランジスタQ
1,Q2のオン/オフを制御する。トランジスタQ3
は、ベースが第1の入力端子IN1に、コレクタが高電
位電源10に各々接続されている。トランジスタQ3の
エミッタは抵抗15を介して低電位電源20に接続され
るとともに、トランジスタQ1のベースにも接続されて
いる。トランジスタQ4は、ベースが第2の入力端子I
N2に、コレクタが高電位電源10に各々接続されてい
る。トランジスタQ4のエミッタは抵抗25を介して低
電位電源20に接続されるとともに、トランジスタQ2
のベースにも接続されている。
であり、これらのトランジスタによりトランジスタQ
1,Q2のオン/オフを制御する。トランジスタQ3
は、ベースが第1の入力端子IN1に、コレクタが高電
位電源10に各々接続されている。トランジスタQ3の
エミッタは抵抗15を介して低電位電源20に接続され
るとともに、トランジスタQ1のベースにも接続されて
いる。トランジスタQ4は、ベースが第2の入力端子I
N2に、コレクタが高電位電源10に各々接続されてい
る。トランジスタQ4のエミッタは抵抗25を介して低
電位電源20に接続されるとともに、トランジスタQ2
のベースにも接続されている。
【0004】Q5,Q6はカレントミラー回路200を
構成するNPNトランジスタである。トランジスタQ5
は、ベースとコレクタが共通接続され、この共通接続点
が定電流源100を介して高電位電源10に、エミッタ
が低電位電源20に各々接続されている。トランジスタ
Q6は、ベースがトランジスタQ5のベースに、エミッ
タが低電位電源20に、コレクタがトランジスタQ1,
Q2のエミッタ共通接続点に各々接続されている。
構成するNPNトランジスタである。トランジスタQ5
は、ベースとコレクタが共通接続され、この共通接続点
が定電流源100を介して高電位電源10に、エミッタ
が低電位電源20に各々接続されている。トランジスタ
Q6は、ベースがトランジスタQ5のベースに、エミッ
タが低電位電源20に、コレクタがトランジスタQ1,
Q2のエミッタ共通接続点に各々接続されている。
【0005】次に動作について説明する。いま、定電流
源100が出力する定電流をIS 、トランジスタQ5,
Q6により構成されるカレントミラー回路200のカレ
ントミラー比を1:Nとすると、トランジスタQ6のコ
レクタ電流(駆動電流)はほぼN・IS (以下IL とい
う)となる。
源100が出力する定電流をIS 、トランジスタQ5,
Q6により構成されるカレントミラー回路200のカレ
ントミラー比を1:Nとすると、トランジスタQ6のコ
レクタ電流(駆動電流)はほぼN・IS (以下IL とい
う)となる。
【0006】まず、第1の入力端子IN1に低レベル電
圧VL が、第2の入力端子IN2に高レベル電圧VH が
各々入力された場合について説明する。このとき、トラ
ンジスタQ1のベース電位VB1は、
圧VL が、第2の入力端子IN2に高レベル電圧VH が
各々入力された場合について説明する。このとき、トラ
ンジスタQ1のベース電位VB1は、
【0007】
【数1】 VB1=VL−VBE
【0008】となる。一方、トランジスタQ2のベース
電位VB2は、
電位VB2は、
【0009】
【数2】 VB2=VH−VBE
【0010】となる。ただし、VBEはNPNトランジス
タのベース・エミッタ間順方向電圧降下である。ここ
で、VL <VH であるので、VB1<VB2となり、トラン
ジスタQ1はオフ、トランジスタQ2はオンする。その
結果、半導体レーザーダイオード1にはほぼIL に等し
い電流が流れ半導体レーザーダイオード1はオンする。
タのベース・エミッタ間順方向電圧降下である。ここ
で、VL <VH であるので、VB1<VB2となり、トラン
ジスタQ1はオフ、トランジスタQ2はオンする。その
結果、半導体レーザーダイオード1にはほぼIL に等し
い電流が流れ半導体レーザーダイオード1はオンする。
【0011】次に、第1の入力端子IN1に高レベル電
圧VH が、第2の入力端子IN2に低レベル電圧VL が
各々入力された場合について説明する。このときの動作
は、上記動作と逆の動作となる。つまり、トランジスタ
Q1がオンし、トランジスタQ1のコレクタにはほぼI
L に等しい電流が流れる一方、トランジスタQ2がオフ
し、半導体レーザーダイオード1はオフする。
圧VH が、第2の入力端子IN2に低レベル電圧VL が
各々入力された場合について説明する。このときの動作
は、上記動作と逆の動作となる。つまり、トランジスタ
Q1がオンし、トランジスタQ1のコレクタにはほぼI
L に等しい電流が流れる一方、トランジスタQ2がオフ
し、半導体レーザーダイオード1はオフする。
【0012】このように、第1,第2の入力端子IN
1,IN2への信号レベルによって、半導体レーザーダ
イオード1のオン/オフを制御している。
1,IN2への信号レベルによって、半導体レーザーダ
イオード1のオン/オフを制御している。
【0013】図4は半導体レーザーダイオード1の光出
力と駆動電流IL の関係を示すグラフである。図4から
わかるように、動作周囲温度Taの変化に対応して半導
体レーザーダイオード1の光出力を一定に保つためには
駆動電流IL を変化させる必要がある。例えば、半導体
レーザーダイオード1の光出力をP0 に保つためには、
動作周囲温度Ta が25℃の時には駆動電流IL をI0
に、動作周囲温度Ta が60℃の時には駆動電流IL を
I1 にしなければならない。なお、Ith0 はTa =25
℃における半導体レーザーダイオード1のスレッショル
ド電流値、Ith 1 はTa =60℃における半導体レーザ
ーダイオード1のスレッショルド電流値である。
力と駆動電流IL の関係を示すグラフである。図4から
わかるように、動作周囲温度Taの変化に対応して半導
体レーザーダイオード1の光出力を一定に保つためには
駆動電流IL を変化させる必要がある。例えば、半導体
レーザーダイオード1の光出力をP0 に保つためには、
動作周囲温度Ta が25℃の時には駆動電流IL をI0
に、動作周囲温度Ta が60℃の時には駆動電流IL を
I1 にしなければならない。なお、Ith0 はTa =25
℃における半導体レーザーダイオード1のスレッショル
ド電流値、Ith 1 はTa =60℃における半導体レーザ
ーダイオード1のスレッショルド電流値である。
【0014】以下、トランジスタQ2のスイッチング時
にトランジスタQ4に流れる電流の変化率について説明
する。
にトランジスタQ4に流れる電流の変化率について説明
する。
【0015】第1の入力端子IN1に低レベル電圧VL
が、第2の入力端子IN2に高レベル電圧VH が各々入
力されると、前述したようにトランジスタQ2がオン
し、半導体レーザーダイオード1はオンする。NPNト
ランジスタの電流増幅率をβとすると、トランジスタQ
2のベース電流IB2は、
が、第2の入力端子IN2に高レベル電圧VH が各々入
力されると、前述したようにトランジスタQ2がオン
し、半導体レーザーダイオード1はオンする。NPNト
ランジスタの電流増幅率をβとすると、トランジスタQ
2のベース電流IB2は、
【0016】
【数3】 IL=IB2・(1+β)
【0017】より、
【0018】
【数4】 IB2=IL/(1+β)
【0019】となる。このベース電流IB2はトランジス
タQ4から供給される。また、トランジスタQ2のベー
ス電位はVH −VBEなので、低電位電源20の電位を0
Vとすれば、抵抗25に流れる電流IR25 は、
タQ4から供給される。また、トランジスタQ2のベー
ス電位はVH −VBEなので、低電位電源20の電位を0
Vとすれば、抵抗25に流れる電流IR25 は、
【0020】
【数5】 IR25=(VH−VBE)/R25
【0021】となる。この電流IR25 もトランジスタQ
4から供給される。なお、ここでR25は抵抗25の抵抗
値である。したがって、トランジスタQ2がオンしてい
るときのトランジスタQ4の出力電流IE4は数4と数5
より、
4から供給される。なお、ここでR25は抵抗25の抵抗
値である。したがって、トランジスタQ2がオンしてい
るときのトランジスタQ4の出力電流IE4は数4と数5
より、
【0022】
【数6】 IE4=IL/(1+β)+(VH−VBE)/R25
【0023】となる。
【0024】次に、第1の入力端子IN1に高レベル電
圧VH が、第2の入力端子IN2に低レベル電圧VL が
各々入力されると、トランジスタQ2がオフし、トラン
ジスタQ2のベース電流は0となる。しかし、トランジ
スタQ2のベース電位はVL −VBEなので抵抗25には
(VL −VBE)/R25なる電流がトランジスタQ4から
供給される。すなわち、トランジスタQ2がオフしてい
るときトランジスタQ4の出力電流IE4は、
圧VH が、第2の入力端子IN2に低レベル電圧VL が
各々入力されると、トランジスタQ2がオフし、トラン
ジスタQ2のベース電流は0となる。しかし、トランジ
スタQ2のベース電位はVL −VBEなので抵抗25には
(VL −VBE)/R25なる電流がトランジスタQ4から
供給される。すなわち、トランジスタQ2がオフしてい
るときトランジスタQ4の出力電流IE4は、
【0025】
【数7】 IE4=(VL−VBE)/R25
【0026】となる。数6と数7を比較すると、トラン
ジスタQ2がオンしているときのトランジスタQ4の出
力電流IE4は半導体レーザーダイオード1の駆動電流I
L に依存するのに対し、トランジスタQ2がオフしてい
るときのトランジスタQ4の出力電流IE4は半導体レー
ザーダイオード1の駆動電流IL に無関係であることが
わかる。
ジスタQ2がオンしているときのトランジスタQ4の出
力電流IE4は半導体レーザーダイオード1の駆動電流I
L に依存するのに対し、トランジスタQ2がオフしてい
るときのトランジスタQ4の出力電流IE4は半導体レー
ザーダイオード1の駆動電流IL に無関係であることが
わかる。
【0027】いま、上記に示した記号に一般的数値を代
入して説明する。光出力P0 を得るための駆動電流IL
をTa =25℃のとき50mA、Ta =60℃のとき1
00mAとする。また、VL =2.0V、VH =2.5
V、R25=2kΩ、VBE=0.7V、β=100とす
る。
入して説明する。光出力P0 を得るための駆動電流IL
をTa =25℃のとき50mA、Ta =60℃のとき1
00mAとする。また、VL =2.0V、VH =2.5
V、R25=2kΩ、VBE=0.7V、β=100とす
る。
【0028】トランジスタQ2がオフしているときのト
ランジスタQ4のエミッタ電流IE4 A は、数7より0.
65mAとなる。一方、IL =50mAにおいてトラン
ジスタQ2がオンしているときのトランジスタQ4の出
力電流IE4B は数6より1.4mA、IL =100mA
においてトランジスタQ2がオンしているときのトラン
ジスタQ4の出力電流IE4C は数6より1.89mAと
なる。
ランジスタQ4のエミッタ電流IE4 A は、数7より0.
65mAとなる。一方、IL =50mAにおいてトラン
ジスタQ2がオンしているときのトランジスタQ4の出
力電流IE4B は数6より1.4mA、IL =100mA
においてトランジスタQ2がオンしているときのトラン
ジスタQ4の出力電流IE4C は数6より1.89mAと
なる。
【0029】ここでトランジスタQ2がオフからオンへ
変化したときのトランジスタQ4の出力電流の変化率は
IL =50mAのとき2.15(IE4B /IE4A )、I
L =100mAのとき2.91(IE4C /IE4A )とな
る。このことより、駆動電流IL が大きくなるほどトラ
ンジスタQ4の出力電流を大きく変化させなければなら
ないことがわかる。その結果、駆動電流IL が大きい場
合、トランジスタQ2がオフから完全にオンするまでの
時間、すなわちトランジスタQ2のコレクタ電流が0か
ら最大値(IL )に達するまでの時間が長くなり、半導
体レーザーダイオード1の光出力波形のデューティは図
5(b),(c)に示すように駆動電流IL の値によっ
て変化することになる。図5(b)がIL =50mAの
ときのレーザー電流IX と光出力の関係、図5(c)は
IL =100mAのときのレーザー電流IX と光出力の
関係を示している。
変化したときのトランジスタQ4の出力電流の変化率は
IL =50mAのとき2.15(IE4B /IE4A )、I
L =100mAのとき2.91(IE4C /IE4A )とな
る。このことより、駆動電流IL が大きくなるほどトラ
ンジスタQ4の出力電流を大きく変化させなければなら
ないことがわかる。その結果、駆動電流IL が大きい場
合、トランジスタQ2がオフから完全にオンするまでの
時間、すなわちトランジスタQ2のコレクタ電流が0か
ら最大値(IL )に達するまでの時間が長くなり、半導
体レーザーダイオード1の光出力波形のデューティは図
5(b),(c)に示すように駆動電流IL の値によっ
て変化することになる。図5(b)がIL =50mAの
ときのレーザー電流IX と光出力の関係、図5(c)は
IL =100mAのときのレーザー電流IX と光出力の
関係を示している。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体発光素子
駆動回路は以上のように構成されているので、同じ光出
力を得る場合、駆動電流IL の大小により半導体レーザ
ーダイオード1の光出力波形が変化してしまうという問
題点があった。
駆動回路は以上のように構成されているので、同じ光出
力を得る場合、駆動電流IL の大小により半導体レーザ
ーダイオード1の光出力波形が変化してしまうという問
題点があった。
【0031】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、半導体発光素子の駆動電流の大
小に関係なく一定の光出力波形を得ることができる半導
体発光素子の駆動回路を得ることを目的とする。
ためになされたもので、半導体発光素子の駆動電流の大
小に関係なく一定の光出力波形を得ることができる半導
体発光素子の駆動回路を得ることを目的とする。
【0032】
【課題を解決するための手段】この発明は、半導体発光
素子と、前記半導体発光素子を駆動する駆動電流を出力
する駆動用電流源と、前記半導体発光素子と前記駆動用
電流源との間に接続され、前記半導体発光素子に前記駆
動電流を選択的に供給するスイッチ回路と、前記スイッ
チ回路のスイッチングを制御するスイッチ制御回路とを
備えた半導体発光素子駆動回路に適用される。
素子と、前記半導体発光素子を駆動する駆動電流を出力
する駆動用電流源と、前記半導体発光素子と前記駆動用
電流源との間に接続され、前記半導体発光素子に前記駆
動電流を選択的に供給するスイッチ回路と、前記スイッ
チ回路のスイッチングを制御するスイッチ制御回路とを
備えた半導体発光素子駆動回路に適用される。
【0033】この発明に係る半導体発光素子駆動回路に
おいては、スイッチ制御回路に流れる電流は、スイッチ
制御回路と駆動電流源とで構成されたカレントミラー回
路によって、駆動電流に応じて制御されることを特徴と
する。
おいては、スイッチ制御回路に流れる電流は、スイッチ
制御回路と駆動電流源とで構成されたカレントミラー回
路によって、駆動電流に応じて制御されることを特徴と
する。
【0034】
【作用】この発明におけるカレントミラー回路による
と、スイッチ制御回路に流れる電流は駆動電流に応じて
制御されるので、半導体発光素子がオフからオンに移行
するとき、あるいはオンからオフに移行するときのスイ
ッチ制御回路に流れる電流の変化率が駆動電流に依存し
なくなるようにできる。
と、スイッチ制御回路に流れる電流は駆動電流に応じて
制御されるので、半導体発光素子がオフからオンに移行
するとき、あるいはオンからオフに移行するときのスイ
ッチ制御回路に流れる電流の変化率が駆動電流に依存し
なくなるようにできる。
【0035】
【実施例】図1はこの発明に係る半導体発光素子駆動回
路の一実施例を示す回路図である。図において、図3に
示した従来回路との相違点は、抵抗15,25をなく
し、NPNトランジスタQ11,Q12を新たに設けた
ことである。トランジスタQ11,Q12はトランジス
タQ5,Q6とカレントミラー回路を構成する。トラン
ジスタQ11は、ベースがトランジスタQ6のベース
に、コレクタがトランジスタQ3のエミッタに、エミッ
タが低電位電源20に各々接続されている。トランジス
タQ12は、ベースにトランジスタQ6のベースに、コ
レクタがトランジスタQ4のエミッタに、エミッタが低
電位電源20に各々接続されている。その他の構成は図
3に示した従来回路と同様である。
路の一実施例を示す回路図である。図において、図3に
示した従来回路との相違点は、抵抗15,25をなく
し、NPNトランジスタQ11,Q12を新たに設けた
ことである。トランジスタQ11,Q12はトランジス
タQ5,Q6とカレントミラー回路を構成する。トラン
ジスタQ11は、ベースがトランジスタQ6のベース
に、コレクタがトランジスタQ3のエミッタに、エミッ
タが低電位電源20に各々接続されている。トランジス
タQ12は、ベースにトランジスタQ6のベースに、コ
レクタがトランジスタQ4のエミッタに、エミッタが低
電位電源20に各々接続されている。その他の構成は図
3に示した従来回路と同様である。
【0036】次に動作について説明する。いま、トラン
ジスタQ11,Q12とトランジスタQ6とのカレント
ミラー比を1:Mとする。まず、トランジスタQ2がオ
フしているときについて説明する。いま、トランジスタ
Q6には駆動電流IL が流れている。そのため、トラン
ジスタQ12に流れる電流はIL /Mとなり、この電流
はトランジスタQ4から供給される。このときのトラン
ジスタQ4の出力電流IE4D は、
ジスタQ11,Q12とトランジスタQ6とのカレント
ミラー比を1:Mとする。まず、トランジスタQ2がオ
フしているときについて説明する。いま、トランジスタ
Q6には駆動電流IL が流れている。そのため、トラン
ジスタQ12に流れる電流はIL /Mとなり、この電流
はトランジスタQ4から供給される。このときのトラン
ジスタQ4の出力電流IE4D は、
【0037】
【数8】 IE4D=IL/M
【0038】となる。
【0039】トランジスタQ2がオンのときのトランジ
スタQ4の出力電流IE4E は数6に示したIE4と同様に
して求められる。つまり、
スタQ4の出力電流IE4E は数6に示したIE4と同様に
して求められる。つまり、
【0040】
【数9】 IE4E=IL/(1+β)+IL/M
【0041】となる。トランジスタQ2がオフ時の出力
電流IE4D とトランジスタQ2がオン時の出力電流I
E4E との比(IE4E /IE4D )を数8,数9から求める
と、1+M/(1+β)となり駆動電流IL に無関係な
一定値となる。つまり、トランジスタQ2がオフからオ
ンあるいはオンからオフへ変化したときのトランジスタ
Q4に流れる電流の変化率は、駆動電流IL の大きさに
かかわらず一定となる。その結果、半導体発光素子1の
光出力波形のデューティは図2(b),(c)に示すよ
うに駆動電流IL の大小にかかわらず一定となり、か
つ、半導体発光素子間の駆動電流特性のばらつきの影響
を受けることもない。
電流IE4D とトランジスタQ2がオン時の出力電流I
E4E との比(IE4E /IE4D )を数8,数9から求める
と、1+M/(1+β)となり駆動電流IL に無関係な
一定値となる。つまり、トランジスタQ2がオフからオ
ンあるいはオンからオフへ変化したときのトランジスタ
Q4に流れる電流の変化率は、駆動電流IL の大きさに
かかわらず一定となる。その結果、半導体発光素子1の
光出力波形のデューティは図2(b),(c)に示すよ
うに駆動電流IL の大小にかかわらず一定となり、か
つ、半導体発光素子間の駆動電流特性のばらつきの影響
を受けることもない。
【0042】なお、上記実施例では半導体発光素子とし
て半導体レーザーダイオードを用いた場合について説明
したが、他の半導体発光素子、例えばLEDを用いても
同様の効果がある。
て半導体レーザーダイオードを用いた場合について説明
したが、他の半導体発光素子、例えばLEDを用いても
同様の効果がある。
【0043】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、カレン
トミラー回路によって、スイッチ制御回路に流れる電流
は駆動用電流源の駆動電流に応じて制御されるので、半
導体発光素子がオフからオンあるいはオンからオフに移
行するときの電流の変化率が駆動電流に依存しなくなる
ようにできる。その結果、駆動電流が変化しても光出力
波形が一定になるという効果がある。しかも、かかる効
果は半導体発光素子間の駆動電流特性のばらつきの影響
を受けることもない。
トミラー回路によって、スイッチ制御回路に流れる電流
は駆動用電流源の駆動電流に応じて制御されるので、半
導体発光素子がオフからオンあるいはオンからオフに移
行するときの電流の変化率が駆動電流に依存しなくなる
ようにできる。その結果、駆動電流が変化しても光出力
波形が一定になるという効果がある。しかも、かかる効
果は半導体発光素子間の駆動電流特性のばらつきの影響
を受けることもない。
【図1】この発明に係る半導体発光素子駆動回路の一実
施例を示す回路図である。
施例を示す回路図である。
【図2】図1に示した回路の動作を説明するため図であ
る。
る。
【図3】従来の半導体発光素子駆動回路の構成を示す回
路図である。
路図である。
【図4】半導体レーザーダイオードの光出力と駆動電流
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図5】図3に示した回路の動作を説明するため図であ
る。
る。
1 半導体レーザーダイオード 50 差動スイッチ回路 100 定電流源 200 カレントミラー回路 IN1 第1の入力端子 IN2 第2の入力端子 Q3,Q4,Q11,Q12 NPNトランジスタ
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体発光素子と、前記半導体発光素子
を駆動する駆動電流を出力する駆動用電流源と、前記半
導体発光素子と前記駆動用電流源との間に接続され、前
記半導体発光素子に前記駆動電流を選択的に供給するス
イッチ回路と、前記スイッチ回路のスイッチングを制御
するスイッチ制御回路とを備えた半導体発光素子駆動回
路において、 前記スイッチ制御回路に流れる電流は、前記スイッチ制
御回路と前記駆動電流源とで構成されたカレントミラー
回路によって、前記駆動電流に応じて制御されることを
特徴とする半導体発光素子駆動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20926591A JP2710487B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体発光素子駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
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- 1991-08-21 JP JP20926591A patent/JP2710487B2/ja not_active Expired - Fee Related
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