JP3012708B2 - フォトカプラの出力回路及びフォトカプラ - Google Patents

フォトカプラの出力回路及びフォトカプラ

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JP3012708B2
JP3012708B2 JP18511291A JP18511291A JP3012708B2 JP 3012708 B2 JP3012708 B2 JP 3012708B2 JP 18511291 A JP18511291 A JP 18511291A JP 18511291 A JP18511291 A JP 18511291A JP 3012708 B2 JP3012708 B2 JP 3012708B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は各種信号の伝送などに
利用されるフォトカプラに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、フォトカプラは電気−光
変換素子と光−電気変換素子とを同一のパッケージ内に
封入した電子部品であり、通常、電気−光変換素子には
発光ダイオードが、また光−電気変換素子にはフォトト
ランジスタやフォトダイオード等の半導体素子が使用さ
れる。図5の(a)及び(b)は2極タイプあるいは3極タイ
プのフォトトランジスタが使用された例を、(c)はフォ
トダイオードが使用された例をそれぞれ示すものであ
り、フォトダイオード式は出力電流が小さいため図のよ
うに増幅用トランジスタを内蔵させる場合もある。
【0003】フォトカプラを使用する時には、光−電気
変換素子として使用されている半導体素子の動作はオン
オフによるスイッチングであり、一般にトランジスタを
スイッチング用として用いる場合はオン時の動作が飽和
領域で行われるように出力側の回路が構成される。しか
し、トランジスタを飽和領域で作動させるとベースに余
剰キャリアが多量に生じ、ターンオン時間及びターンオ
フ時間(以下、単にオン時間及びオフ時間という)、特に
オフ時間が長くなるという特性があるので、オフ時間を
短縮するには負荷電流を活性領域内の最大値に選定し
て、飽和寸前の領域で動作させることが最も望ましい。
しかしながら、負荷電流をこのような値に選定して飽和
状態寸前で作動させることは、特性のバラツキ等のため
に実際には困難であり、飽和領域での作動時にはオフ時
間が長くなり、また、活性領域で作動させると発熱量が
増大したり出力信号が小さくなったりするという問題が
生ずる。
【0004】フォトトランジスタ式のフォトカプラは比
較的安価ではあるが、上記のような問題があるためパル
ス信号の伝送等で速い伝送速度が要求される用途には適
しておらず、この場合には高価ではあるがオフ時間の短
い増幅用トランジスタ付きのフォトダイオード式のもの
が使用されることが多い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
問題点に着目し、フォトカプラのオフ時間を短縮するこ
とを課題としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の課題を達成するた
めに、第1の発明では、フォトカプラの出力端子に出力
信号の増幅用トランジスタを接続し、上記フォトカプラ
の光−電気変換素子を活性領域で作動させると共に、上
記増幅用トランジスタのベース及びコレクタの各々に、
同種の余剰キャリア吸収用のダイオードをそれぞれ接続
している。また第2の発明では、光−電気変換素子とし
てフォトダイオードを用い、増幅用トランジスタを内蔵
したフォトカプラにおいて、上記増幅用トランジスタの
ベース及びコレクタの各々に、同種の余剰キャリア吸収
用のダイオードをそれぞれ接続した回路を、上記フォト
ダイオードと共に一つのパッケージ内に封入している。
【0007】
【作用】第1の発明においては、光−電気変換素子とし
て使用されている半導体素子を活性領域で作動させるの
で、オフ時間は短くなる。また、トランジスタのベース
電流が大き過ぎるとコレクタ電圧が低くなり過ぎて飽和
領域で作動する状態となり、上述のようにベースに余剰
キャリアが残ってこれがオフ時間を伸ばす原因となるの
であるが、この発明では余剰キャリア吸収用のダイオー
ドを通じてコレクタ電流が流れて余剰キャリアが吸収さ
れる結果となり、飽和領域に入る手前でコレクタ電圧の
低下を止めることができて余剰キャリアが生じない。こ
のため、増幅用トランジスタも活性領域で作動させるこ
とが可能となって全体としてはオフ動作に要する時間が
大幅に短縮され、しかも増幅された出力信号を得ること
ができる。
【0008】また第2の発明では、内蔵された増幅用ト
ランジスタを活性領域で作動させることが可能となり、
元来フォトトランジスタよりもオフ時間が短いというフ
ォトダイオードの特性も加味されて、オフ動作に要する
時間が短く、しかも単体の電子部品として取り扱うこと
のできるフォトカプラが得られるのである。
【0009】
【実施例】次に、実施例について説明する。図1は光−
電気変換素子として図5の(a)に対応する2極タイプの
フォトトランジスタを使用したフォトカプラの場合の実
施例である。(a)図において、1aはフォトカプラ、2
は発光ダイオード、3aはフォトトランジスタ、R1は
フォトトランジスタ3aに直列に接続された負荷抵抗、
4は増幅用トランジスタ、R2はトランジスタ4の負荷
抵抗、D1及びD2はトランジスタ4のベース及びコレク
タの各々に接続された同種の余剰キャリア吸収用のダイ
オード、5は信号出力端子である。負荷抵抗R1の抵抗
値はフォトトランジスタ3aがノイズで誤動作しないよ
うな値に選定されており、またダイオードD1及びD2は
トランジスタ4のベースとコレクタの間に図の極性でそ
れぞれ接続されている。
【0010】図のような構成において、発光ダイオード
2が発光するとフォトトランジスタ3aに電流が流れる
が、電流はダイオードD2を通じてトランジスタ4から
供給されて動作は活性領域で行われる。この電流値はフ
ォトトランジスタ3aが熱破壊しないように一般に小さ
く選定され、フォトトランジスタ3aのオフ動作は飽和
領域の場合より短縮される。なお、ベースリードの浮遊
容量などがオフ時間を長くする方向に作用するが、その
影響は比較的小さい。一方、トランジスタ4はダイオー
ドD1,D2を通じてコレクタ電流が流れて余剰キャリア
が吸収されるため活性領域での動作が可能となり、飽和
領域で行われる単なるオンオフとは異なってオフ動作が
速くなり、また負荷抵抗R1で得られる出力信号が増幅
されるので大きな出力信号を得ることができる。このた
め、比較的安価なフォトトランジスタ式のフォトカプラ
1aでもパルス信号の高速伝送等に使用できるようなオ
フ時間の短い動作が可能となるのである。
【0011】図2は、光−電気変換素子として図5の
(b)に対応する3極タイプのフォトトランジスタを使用
し、これをベース接地してフォトダイオードとして作動
させるようにしたフォトカプラの場合の実施例である。
1bはフォトカプラ、3bはフォトトランジスタであ
り、他の構成は図1と同様である。図2の構成において
も、発光ダイオード2の発光に伴うフォトトランジスタ
3bの電流値は飽和領域となる値よりも小さく、動作は
活性領域で行われる。一方、トランジスタ4はダイオー
ドD1,D2を通じてコレクタ電流が流れ、余剰キャリア
が吸収されて活性領域で作動する。すなわち、フォトト
ランジスタをフォトダイオードとして使用しているので
オフ時間が短縮されることに加えて、トランジスタ4の
オフ動作も速くなるので全体のオフ動作は大幅に短縮さ
れ、パルス信号の高速伝送等に使用できるようなオフ時
間の短い動作が可能となるのである。
【0012】図3は、図5の(c)に示したような増幅用
トランジスタ内蔵のフォトダイオード式フォトカプラに
この発明を適用した実施例であり、1cはフォトカプ
ラ、6はフォトダイオード、7は内蔵の増幅用トランジ
スタであり、外部に付加された出力回路の構成は図1と
同様である。
【0013】図3の構成の場合、フォトダイオード6に
は図1や図2のフォトトランジスタ3a,3bのような
オフ時間の遅れはないが、増幅用トランジスタ7を飽和
領域で作動させるとオフ時間が長くなる。そこで、この
実施例では増幅用トランジスタ7を活性領域で作動させ
るように負荷抵抗R1の抵抗値を選定してある。従っ
て、増幅用トランジスタ7は飽和領域での動作と比較し
てオフ時間が短縮され、しかも付加回路のトランジスタ
4はダイオードD1,D2を通じてコレクタ電流が流れる
ので余剰キャリアが吸収され、活性領域で作動するため
オフ動作が速くなるのであり、より一層オフ時間の短い
動作が可能となるのである。
【0014】ちなみに、図1及び図2において、ダイオ
ードD1,D2を設けない場合にはそれぞれオン時間が3
μsec前後、オフ時間が15〜30μsecであるのに対し
て、ダイオードD1,D2を設けた実施例では、図1の場
合はオン時間はほとんど変わらないがオフ時間が0.5
〜1μsecに短縮され、また図2の場合はオン時間とオ
フ時間が共に0.02μsec前後となって大幅に短縮さ
れた。更に、図3においてダイオードD1,D2を設けな
い場合にはそれぞれオン時間が0.5μsec前後、オフ
時間が1μsec前後であるのに対して、ダイオードD1,
D2を設けた実施例では、オン時間はほとんど変わらな
いがオフ時間が0.1μsec前後に短縮された。
【0015】なお、図1の(a)と図2及び図3は増幅用
トランジスタ4がPNP型の場合の例をそれぞれ示して
いるが、同トランジスタがNPN型の場合には例えば図
1の(b)のように出力回路を構成すればよく、図2,図
3の場合もこれに準じた回路構成とすればよい。図1の
(b)において、D3及びD4はトランジスタ4のベース及
びコレクタの各々に接続される同種の余剰キャリア吸収
用のダイオード、R3はベース抵抗である。
【0016】図4は第2の発明の実施例の接続を示す図
であり、増幅用トランジスタ内蔵のフォトダイオード式
のものにこの発明を適用して単体のフォトカプラを構成
したものである。すなわち、D5及びD6は同種の余剰キ
ャリア吸収用のダイオード、8はパッケージ、他は図3
と同様であり、発光ダイオード2とフォトダイオード6
を対向させて配置し、フォトダイオード6に接続された
増幅用トランジスタ7のベースとコレクタの間に図のよ
うにダイオードD5,D6をそれぞれ接続し、これらの全
体をパッケージ8内に封入すると共に所要の端子9a〜
9eをパッケージ8の外に導出して、単体の電子部品で
あるフォトカプラ1dを構成している。
【0017】従来は内蔵の増幅用トランジスタ自体には
余剰キャリア吸収用のダイオードを接続することはでき
なかったため、図3のように付加回路を設けることによ
ってオフ時間を短縮する必要がある。このため、付加回
路に要する部品代の割には上述の例示のようにオフ時間
の短縮効果が小さかったのに対して、この実施例のよう
にすれば付加回路が不要となり、しかも大量生産すれば
製造コストをほとんど上昇させないでオフ時間の短縮が
可能となるのである。
【0018】
【発明の効果】上述の実施例から明らかなように、第1
の発明は、光−電気変換素子として使用されている半導
体素子を活性領域で作動させ、増幅用トランジスタのベ
ース及びコレクタの各々に、同種の余剰キャリア吸収用
のダイオードをそれぞれ接続ししたものである。従っ
て、光−電気変換素子のオフ時間が短縮され、また、増
幅用トランジスタを活性領域で作動させてそのオフ時間
を短縮することも可能となるので、きわめて簡単な回路
構成により比較的安価なフォトトランジスタ式のフォト
カプラの動作を高速化し、回路全体の高速動作を実現で
きる。更に、この発明によれば光−電気変換素子及び増
幅用トランジスタとして使用されている半導体素子の特
性のバラツキや温度等による影響を極力少なくすること
もでき、信頼性に優れた製品を提供することが可能とな
る。
【0019】また第2の発明は、増幅用トランジスタを
内蔵したフォトダイオード式のフォトカプラにおいて、
増幅用トランジスタのベース及びコレクタの各々に、同
種の余剰キャリア吸収用のダイオードをそれぞれ接続し
た回路を、フォトダイオードと共に一つのパッケージ内
に封入したものである。従って、外部の付加回路なしで
フォトダイオード式のオフ時間を一層短縮し、しかも単
体の電子部品として容易に取り扱うことのできるフォト
カプラを低コストで得ることが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の一実施例の構成を示す接続図であ
る。
【図2】他の実施例の構成を示す接続図である。
【図3】別の実施例の構成を示す接続図である。
【図4】第2の発明の一実施例の構成を示す接続図であ
る。
【図5】一般的なフォトカプラの構成を示す接続図であ
る。
【符号の説明】
1a〜1d フォトカプラ 2 発光ダイオード 3a,3b フォトトランジスタ 4,7 増幅用トランジスタ 6 フォトダイオード 8 パッケージ 9a〜9e 端子 R1 負荷抵抗 D1〜D6 余剰キャリア吸収用ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−188020(JP,A) 実開 平3−97236(JP,U) 鈴木康夫、樋口武尚編,「特許パルス 回路技術事典」,第1版,株式会社オー ム社,1980年5月,p.7−8 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/78 H01L 31/12 H03H 11/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フォトカプラの出力端子に出力信号の増
    幅用トランジスタを接続し、上記フォトカプラの光−電
    気変換素子を活性領域で作動させると共に、上記増幅用
    トランジスタのベース及びコレクタの各々に、同種の余
    剰キャリア吸収用のダイオードをそれぞれ接続したこと
    を特徴とするフォトカプラの出力回路。
  2. 【請求項2】 光−電気変換素子としてフォトダイオー
    ドを用い、増幅用トランジスタを内蔵したフォトカプラ
    において、上記増幅用トランジスタのベース及びコレク
    タの各々に、同種の余剰キャリア吸収用のダイオードを
    それぞれ接続した回路を、上記フォトダイオードと共に
    一つのパッケージ内に封入したことを特徴とするフォト
    カプラ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101186385B1 (ko) * 2009-11-18 2012-09-26 파나소닉 덴코 에스유엔엑스 가부시키가이샤 디지털 입력 회로

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
鈴木康夫、樋口武尚編,「特許パルス回路技術事典」,第1版,株式会社オーム社,1980年5月,p.7−8

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101186385B1 (ko) * 2009-11-18 2012-09-26 파나소닉 덴코 에스유엔엑스 가부시키가이샤 디지털 입력 회로

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