JP4639509B2 - Photocurrent amplifier circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電流増幅回路に関し、フォトダイオードで発生した光電流を増幅する光電流増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は、従来の光電流増幅回路の一例の回路図を示す。同図中、フォトダイオードPDのカソードは電源Vccに接続され、フォトダイオードPDのアノードはnpnトランジスタQ1のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタQ1のベースはnpnトランジスタQ2のベースに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ1,Q2は、エミッタ面積比が1:xとされ、トランジスタQ2のコレクタ電流はフォトダイオードPDの出力電流のx倍に増幅される。
【0003】
トランジスタQ2のコレクタはpnpトランジスタQ3のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタQ3のベースはpnpトランジスタQ4のベースに接続されており、それぞれのエミッタは電源Vccに出力されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ3,Q4は、エミッタ面積比が1:yとされ、トランジスタQ4のコレクタからはフォトダイオードPDの出力電流がx・y倍に増幅されて端子10を介して出力される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
フォトダイオードPDには、無光時においても暗電流と呼ばれる電流が流れる。従来の光電流増幅回路では、この暗電流も増幅されて出力される。光電流増幅回路の出力電流特性としては、図4に実線で示すような受光量に比例した出力電流が得られることが理想であるが、従来の光電流増幅回路の特性は、暗電流のために破線で示すようにオフセットが発生するという問題があった。
【0005】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、オフセットのない受光量に比例した出力電流を得ることができる光電流増幅回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、受光素子としてのフォトダイオード(PD)で発生した光電流を増幅する光電流増幅回路において、
前記受光素子としてのフォトダイオード(PD)とは別に設けられた遮光されたフォトダイオード(dp1,dp2)と、
前記遮光されたフォトダイオード(dp1,dp2)に電流を供給する第1トランジスタ(Q6,Q7)と、
前記第1トランジスタ(Q6,Q7)とカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオード(PD)に電流を供給する第2トランジスタ(Q5)とを有し、
前記遮光されたフォトダイオード(dp1)と前記受光素子としてのフォトダイオード(PD)の受光面積は同一で、前記第1トランジスタ(Q6)と前記第2トランジスタ(Q5)のエミッタ面積は同一であることにより、
遮光されたフォトダイオード(dp1)の暗電流に応じた電流が第2トランジスタ(Q5)に流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力される。
【0007】
請求項2に記載の発明は、前記遮光されたフォトダイオード(dp2)と前記受光素子としてのフォトダイオード(PD)の受光面積は1:z(zは1を越える実数)で、前記第1トランジスタ(Q7)と前記第2トランジスタ(Q5)のエミッタ面積は1:zであることにより、
遮光されたフォトダイオード(dp2)の暗電流に応じた電流が第2トランジスタ(Q5)に流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力されると共に、遮光されたフォトダイオード(dp2)を小型化することができる。
【0008】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の光電流増幅回路の第1実施例の回路図を示す。同図中、図3と同一部分には同一符号を付す。
【0010】
図1において、フォトダイオードPDのカソードは電源Vccに接続され、フォトダイオードPDのアノードはnpnトランジスタQ1のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタQ1のベースはnpnトランジスタQ2のベースに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ1,Q2は、エミッタ面積比が1:xとされ、トランジスタQ2のコレクタ電流はフォトダイオードPDの出力電流のx倍に増幅される。
【0011】
トランジスタQ2のコレクタはpnpトランジスタQ3のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタQ3のベースはpnpトランジスタQ4のベースに接続されており、それぞれのエミッタは電源Vccに出力されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ3,Q4は、エミッタ面積比が1:yとされ、トランジスタQ4のコレクタからはトランジスタQ1のコレクタ電流がx・y倍に増幅されて端子10を介して出力される。
【0012】
また、フォトダイオードPDのアノードにはnpnトランジスタQ5のコレクタが接続されている。トランジスタQ5のベースはnpnトランジスタQ6のベース及びコレクタに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ5,Q6は、エミッタ面積比が1:1とされている。
【0013】
トランジスタQ6のコレクタはフォトダイオードdp1のアノードに接続され、フォトダイオードdp1のカソードは電源Vccに接続されている。フォトダイオードdp1としてはフォトダイオードPDと同一特性かつ同一受光面積のものを用い、フォトダイオードdp1は常時遮光して使用する。
【0014】
ここで、フォトダイオードdp1は遮光されているため、常時、暗電流だけを流す。従って、カレントミラー回路を構成するトランジスタQ5,Q6それぞれのコレクタ電流は暗電流だけとなり、トランジスタQ1のコレクタ電流はフォトダイオードPDの出力電流から暗電流を除去した電流となる。このため、暗電流を除去したフォトダイオードPDの出力電流がx・y倍に増幅されて端子10より出力される。
【0015】
図2は、本発明の光電流増幅回路の第2実施例の回路図を示す。同図中、図1と同一部分には同一符号を付す。
【0016】
図2において、フォトダイオードPDのカソードは電源Vccに接続され、フォトダイオードPDのアノードはnpnトランジスタQ1のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタQ1のベースはnpnトランジスタQ2のベースに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ1,Q2は、エミッタ面積比が1:xとされ、トランジスタQ2のコレクタ電流はフォトダイオードPDの出力電流のx倍に増幅される。
【0017】
トランジスタQ2のコレクタはpnpトランジスタQ3のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタQ3のベースはpnpトランジスタQ4のベースに接続されており、それぞれのエミッタは電源Vccに出力されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ3,Q4は、エミッタ面積比が1:yとされ、トランジスタQ4のコレクタからはトランジスタQ1のコレクタ電流がx・y倍に増幅されて端子10を介して出力される。
【0018】
また、フォトダイオードPDのアノードにはnpnトランジスタQ5のコレクタが接続されている。トランジスタQ5のベースはnpnトランジスタQ7のベース及びコレクタに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ7,Q5は、エミッタ面積比が1:z(zは例えば10)とされている。
【0019】
トランジスタQ7のコレクタはフォトダイオードdp2のアノードに接続され、フォトダイオードdp2のカソードは電源Vccに接続されている。フォトダイオードdp2とフォトダイオードPDの受光面積は1:zとされている。なお、フォトダイオードdp2とフォトダイオードPDは特性的には同一である。フォトダイオードdp2は常時遮光して使用する。
【0020】
ここで、フォトダイオードdp2は遮光されているため、常時、暗電流i1だけを流す。フォトダイオードPDは受光面積がフォトダイオードdp2のz倍であるため、暗電流はi1・zとなる。カレントミラー回路を構成するトランジスタQ7,Q5のコレクタ電流は1:zであるため、トランジスタQ7,Q5それぞれのコレクタ電流はフォトダイオードdp2,PDそれぞれの暗電流だけとなり、トランジスタQ1のコレクタ電流はフォトダイオードPDの出力電流から暗電流を除去した電流となる。
【0021】
このため、暗電流を除去したフォトダイオードPDの出力電流がx・y倍に増幅されて端子10より出力される。この第2実施例においては、第1実施例に比べてフォトダイオードdp2の面積を1/zに小型化することができる。
【0022】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1に記載の発明は、受光素子としてのフォトダイオードとは別に設けられた遮光されたフォトダイオードと、遮光されたフォトダイオードに電流を供給する第1トランジスタと、第1トランジスタとカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオードに電流を供給する第2トランジスタとを有し、遮光されたフォトダイオードと受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は同一で、第1トランジスタと第2トランジスタのエミッタ面積は同一であることにより、遮光されたフォトダイオードの暗電流に応じた電流が第2トランジスタに流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力される。
【0023】
また、請求項2に記載の発明は、遮光されたフォトダイオードと受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は1:z(zは1を越える実数)で、第1トランジスタと第2トランジスタのエミッタ面積は1:zであることにより、遮光されたフォトダイオードの暗電流に応じた電流が第2トランジスタに流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力されると共に、遮光されたフォトダイオードを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電流増幅回路の第1実施例の回路図である。
【図2】本発明の光電流増幅回路の第2実施例の回路図である。
【図3】従来の光電流増幅回路の一例の回路図である。
【図4】従来の光電流増幅回路の出力電流特性図である。
【符号の説明】
10 端子
PD,dp1,dp2 フォトダイオード
Q1,Q2,Q5〜Q7 npnトランジスタ
Q3,Q4 pnpトランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocurrent amplifier circuit, and more particularly to a photocurrent amplifier circuit that amplifies a photocurrent generated by a photodiode.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a circuit diagram of an example of a conventional photocurrent amplifier circuit. In the figure, the cathode of the photodiode PD is connected to the power supply Vcc, and the anode of the photodiode PD is connected to the collector and base of the npn transistor Q1. The base of transistor Q1 is connected to the base over the scan of the npn transistor Q2, the emitters are grounded. The transistors Q1 and Q2 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: x, and the collector current of the transistor Q2 is amplified to x times the output current of the photodiode PD.
[0003]
The collector of the transistor Q2 is connected to the collector and base of the pnp transistor Q3. The base of transistor Q3 is connected to the base over the scan of the pnp transistors Q4, the emitters are output to the power supply Vcc. The transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: y, and the output current of the photodiode PD is amplified by x · y times from the collector of the transistor Q4 and output through the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A current called dark current flows through the photodiode PD even when there is no light. In the conventional photocurrent amplifier circuit, this dark current is also amplified and output. As an output current characteristic of the photocurrent amplifier circuit, it is ideal that an output current proportional to the amount of received light as shown by a solid line in FIG. 4 is obtained. However, the characteristic of the conventional photocurrent amplifier circuit is dark current. There is a problem that an offset occurs as indicated by a broken line in FIG.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a photocurrent amplifier circuit capable of obtaining an output current proportional to the amount of received light without offset.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a photocurrent amplifier circuit for amplifying a photocurrent generated in a photodiode (PD) as a light receiving element.
A light-shielded photodiode (dp1, dp2) provided separately from the photodiode (PD) as the light receiving element;
First transistors (Q6, Q7) for supplying current to the light-shielded photodiodes (dp1, dp2);
A first transistor (Q6, Q7) and a second transistor (Q5) that forms a current mirror circuit and supplies current to the photodiode (PD) as the light receiving element ;
The light-receiving area of the light-shielded photodiode (dp1) and the photodiode (PD) as the light-receiving element are the same, and the emitter areas of the first transistor (Q6) and the second transistor (Q5) are the same. By
A current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode (dp1) flows to the second transistor (Q5), and the current from which the dark current has been removed is amplified and output.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, the light-receiving area of the light-shielded photodiode (dp2) and the photodiode (PD) as the light-receiving element is 1: z (z is a real number exceeding 1), and the first transistor (Q7) and the emitter area of the second transistor (Q5) are 1: z,
A current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode (dp2) flows to the second transistor (Q5), the current from which the dark current has been removed is amplified and output, and the light-shielded photodiode (dp2) is output. It can be downsized.
[0008]
Note that the reference numerals in the parentheses are given for ease of understanding, are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of a photocurrent amplifier circuit according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.
[0010]
In FIG. 1, the cathode of the photodiode PD is connected to the power supply Vcc, and the anode of the photodiode PD is connected to the collector and base of the npn transistor Q1. The base of transistor Q1 is connected to the base over the scan of the npn transistor Q2, the emitters are grounded. The transistors Q1 and Q2 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: x, and the collector current of the transistor Q2 is amplified to x times the output current of the photodiode PD.
[0011]
The collector of the transistor Q2 is connected to the collector and base of the pnp transistor Q3. The base of transistor Q3 is connected to the base over the scan of the pnp transistors Q4, the emitters are output to the power supply Vcc. The transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: y, and the collector current of the transistor Q1 is amplified by x · y times from the collector of the transistor Q4 and output through the
[0012]
The collector of the npn transistor Q5 is connected to the anode of the photodiode PD. The base of the transistor Q5 is connected to the base and collector of the npn transistor Q6, and each emitter is grounded. Transistors Q5 and Q6 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: 1.
[0013]
The collector of the transistor Q6 is connected to the anode of the photodiode dp1, and the cathode of the photodiode dp1 is connected to the power supply Vcc. The photodiode dp1 has the same characteristics and the same light receiving area as the photodiode PD, and the photodiode dp1 is always shielded from light.
[0014]
Here, since the photodiode dp1 is shielded from light, only a dark current is always applied. Accordingly, the collector currents of the transistors Q5 and Q6 constituting the current mirror circuit are only dark currents, and the collector current of the transistor Q1 is a current obtained by removing the dark current from the output current of the photodiode PD. Therefore, the output current of the photodiode PD from which the dark current has been removed is amplified by x · y times and output from the
[0015]
FIG. 2 shows a circuit diagram of a second embodiment of the photocurrent amplifier circuit according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.
[0016]
In FIG. 2, the cathode of the photodiode PD is connected to the power supply Vcc, and the anode of the photodiode PD is connected to the collector and base of the npn transistor Q1. The base of transistor Q1 is connected to the base over the scan of the npn transistor Q2, the emitters are grounded. The transistors Q1 and Q2 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: x, and the collector current of the transistor Q2 is amplified to x times the output current of the photodiode PD.
[0017]
The collector of the transistor Q2 is connected to the collector and base of the pnp transistor Q3. The base of transistor Q3 is connected to the base over the scan of the pnp transistors Q4, the emitters are output to the power supply Vcc. The transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: y, and the collector current of the transistor Q1 is amplified by x · y times from the collector of the transistor Q4 and output through the terminal 10. .
[0018]
The collector of the npn transistor Q5 is connected to the anode of the photodiode PD. The base of the transistor Q5 is connected to the base and collector of the npn transistor Q7, and each emitter is grounded. The transistors Q7 and Q5 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: z (z is, for example, 10).
[0019]
The collector of the transistor Q7 is connected to the anode of the photodiode dp2, and the cathode of the photodiode dp2 is connected to the power supply Vcc. The light receiving area of the photodiode dp2 and the photodiode PD is 1: z. Note that the photodiode dp2 and the photodiode PD are identical in characteristics. The photodiode dp2 is always used with light shielding.
[0020]
Here, since the photodiode dp2 is shielded from light, only the dark current i1 flows at all times. Since the photodiode PD has a light receiving area z times that of the photodiode dp2, the dark current is i1 · z. Since the collector currents of the transistors Q7 and Q5 constituting the current mirror circuit are 1: z, the collector currents of the transistors Q7 and Q5 are only the dark currents of the photodiodes dp2 and PD, respectively, and the collector current of the transistor Q1 is the photodiode. This is a current obtained by removing the dark current from the output current of the PD.
[0021]
Therefore, the output current of the photodiode PD from which the dark current has been removed is amplified by x · y times and output from the terminal 10. In the second embodiment, the area of the photodiode dp2 can be reduced to 1 / z as compared with the first embodiment.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the invention described in claim 1 is a light-shielded photodiode provided separately from a photodiode as a light receiving element, a first transistor for supplying current to the light-shielded photodiode, and a first transistor and have a second transistor for supplying a current to the photodiode as the light receiving element constitute a current mirror circuit, the light receiving area of the photodiode as a light receiving element and the light-shielded photodiode are identical, and the first transistor Since the emitter area of the second transistor is the same, a current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode flows through the second transistor, and the current from which the dark current is removed is amplified and output.
[0023]
According to a second aspect of the present invention, the light-receiving area of the light-shielded photodiode and the photodiode as the light-receiving element is 1: z (z is a real number exceeding 1), and the emitter areas of the first transistor and the second transistor Is 1: z, a current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode flows through the second transistor, and the current from which the dark current has been removed is output after being amplified. It can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a photocurrent amplifier circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the photocurrent amplifier circuit according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of an example of a conventional photocurrent amplifier circuit.
FIG. 4 is an output current characteristic diagram of a conventional photocurrent amplifier circuit.
[Explanation of symbols]
10 terminals PD, dp1, dp2 photodiodes Q1, Q2, Q5 to Q7 npn transistor Q3, Q4 pnp transistor
Claims (2)
前記受光素子としてのフォトダイオードとは別に設けられた遮光されたフォトダイオードと、
前記遮光されたフォトダイオードに電流を供給する第1トランジスタと、
前記第1トランジスタとカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオードに電流を供給する第2トランジスタとを有し、
前記遮光されたフォトダイオードと前記受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は同一で、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタのエミッタ面積は同一であることを特徴とする光電流増幅回路。In the photocurrent amplifier circuit that amplifies the photocurrent generated in the photodiode as the light receiving element,
A light-shielded photodiode provided separately from the photodiode as the light-receiving element;
A first transistor for supplying current to the light-shielded photodiode;
A second transistor that forms a current mirror circuit with the first transistor and supplies a current to the photodiode as the light receiving element ;
The photocurrent amplifier circuit according to claim 1, wherein the light-receiving area of the light-shielded photodiode and the photodiode as the light-receiving element are the same, and the emitter areas of the first transistor and the second transistor are the same .
前記受光素子としてのフォトダイオードとは別に設けられた遮光されたフォトダイオードと、
前記遮光されたフォトダイオードに電流を供給する第1トランジスタと、
前記第1トランジスタとカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオードに電流を供給する第2トランジスタとを有し、
前記遮光されたフォトダイオードと前記受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は1:z(zは1を越える実数)で、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタのエミッタ面積は1:zであることを特徴とする光電流増幅回路。 In the photocurrent amplifier circuit that amplifies the photocurrent generated in the photodiode as the light receiving element,
A light-shielded photodiode provided separately from the photodiode as the light-receiving element;
A first transistor for supplying current to the light-shielded photodiode;
A second transistor that forms a current mirror circuit with the first transistor and supplies a current to the photodiode as the light receiving element;
The light-receiving area of the light-shielded photodiode and the photodiode as the light-receiving element is 1: z (z is a real number exceeding 1), and the emitter areas of the first transistor and the second transistor are 1: z. A photocurrent amplifier circuit.
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