JPH0347336Y2 - - Google Patents
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Description
【考案の詳細な説明】
本考案者の提案に係る半導体レーザダイオー
ド、光フアイバ、ｐ−ｉ−ｎダイオード及びアバ
ランシエフオトダイオードは、今日世界的に大容
量通信システムあるいはフオトカツプラとして大
規模な実用化が推進されている。[Detailed description of the invention] Semiconductor laser diodes, optical fibers, pin diodes, and avalanche photodiodes proposed by the present inventor are now being put into practical use on a large scale as high-capacity communication systems or photocoupler systems worldwide. is being promoted.
第１図イ，ロは従来のフオトカツプラの一例で
ある。 Figures 1 and 1 are examples of conventional photo couplings.
第１図イは発光素子としてGaAsの発光ダイオ
ード１、受光素子としてｐ−ｉ−ｎダイオード２
を用いたフオトカツプラである。 Figure 1A shows a GaAs light emitting diode 1 as a light emitting element and a pin diode 2 as a light receiving element.
This is a photo cutlet using .
３は発光ダイオード１とｐ−ｉ−ｎフオトダイ
オードを収容する容器（外囲器）である。２はア
バランシエフオトダイオードの場合もあるが、ア
バランシエフオトダイオードは雑音が大きいとい
う欠点を有している。動作は入力信号I1が発光ダ
イオード１に流れ、hνという光が発生し、２の
ｐ−ｉ−ｎのフオトダイオードにI2という電流が
流れ、負荷抵抗RLに出力信号が出てくる。比較
的大きなバイアス電源を必要とすることと、ダイ
オードが二端子素子であるために、アイソレーシ
ヨン作用がなく次段の回路との結合に工夫を要す
る欠点がある。 3 is a container (envelope) that accommodates the light emitting diode 1 and the p-i-n photodiode. 2 may be an avalanche photodiode, but the avalanche photodiode has the disadvantage of high noise. In operation, an input signal I1 flows to the light emitting diode 1, light hν is generated, a current I2 flows to the pin photodiode 2, and an output signal is output to the load resistor RL . It requires a relatively large bias power supply, and since the diode is a two-terminal element, it has the disadvantages that it has no isolation effect and requires careful attention to coupling with the next stage circuit.
第１図ロはバイポーラトランジスタ４を受光素
子とした従来のフオトカツプラである。発光ダイ
オード１からの光hνはベースをフローテイング
にしたバイポーラフオトトランジスタによつて増
幅される。バイポーラトランジスタはベース抵抗
が大きく、動作速度が遅く利得が100程度と小さ
いという欠点を有している。第４図にPNPN4層
構造からなる従来のサイリスタによる光スイツチ
を示す。第４図で光サイリスタ９１は発光素子９
３により光量を受けターンオンする。発光素子９
３は論理駆動素子９４により駆動される。しかし
ながら、PNPN4層構造のサイリスタは臨界オフ
電圧上昇率dv／dt耐量が小さく誤点弧しやすい
という欠点があり、これを防ぐために抵抗RGKで
ゲート・カソード間を低抵抗で短絡しておく必要
がある。しかしながらRGKは低抵抗にする必要が
あり、その値には上限値があり、光サイリスタ９
１の光感度を低下させることは出来ても向上させ
ることは出来ない欠点があつた。すなわち、過剰
な入力光に対して光感度を落とすことはできて
も、微弱光検出用に感度を上げることはできない
欠点があつた。さらに致命的な欠点は光でターン
オフすることが出来ない自己消弧不能型サイリス
タで、一度光でターンオンするとラツチアツプし
たままで、外部の転流回路によつてターンオフし
なければならないので、フオトカツプラとしては
使えないことである。 FIG. 1B shows a conventional photocoupler using a bipolar transistor 4 as a light receiving element. Light hν from the light emitting diode 1 is amplified by a bipolar phototransistor with a floating base. Bipolar transistors have the disadvantages of high base resistance, slow operation speed, and small gain of about 100. Figure 4 shows a conventional thyristor-based optical switch with a PNPN four-layer structure. In FIG. 4, the optical thyristor 91 is the light emitting element 9.
3, it receives the amount of light and turns on. Light emitting element 9
3 is driven by a logic drive element 94. However, the thyristor with the PNPN four-layer structure has the disadvantage that the critical off-voltage rise rate dv/dt withstand capability is small and it is prone to false firing. To prevent this, it is necessary to short-circuit the gate and cathode with a resistor R GK with low resistance. There is. However, R GK needs to have a low resistance, and there is an upper limit to its value, and the optical thyristor 9
Although it was possible to reduce the photosensitivity of No. 1, it had the disadvantage that it could not be improved. In other words, although it is possible to reduce the photosensitivity to excessive input light, it is not possible to increase the sensitivity for detecting weak light. An even more fatal drawback is that the self-extinguishing thyristor cannot be turned off by light; once turned on by light, it remains latched and must be turned off by an external commutation circuit, making it unsuitable for use as a photo coupler. It cannot be used.
本考案の目的は、ゲートでターンオフ可能な自
己消弧型サイリスタの静電誘導サイリスタにより
フオトカツプラの受光素子を形成することにより
従来得られなかつた高感度、高速度、低電圧、低
電流かつ広いダイナミツクレンジで動作するフオ
トカツプラを提供することにある。 The purpose of this invention is to form a photo coupler light receiving element using an electrostatic induction thyristor, which is a self-extinguishing thyristor that can be turned off at the gate. Our goal is to provide a photo-katsupura that works with the Mitsuku range.
以下図面を参照して説明する。 This will be explained below with reference to the drawings.
第２図イはノーマリオフ型の静電誘導サイリス
タ３３と発光素子３１及び光を遮光する外囲器３
２よりなるフオトカツプラである。３４はアノー
ド、３５はカソード、３６はゲート端子であり、
アノード・カソード間にVAKという電源と負荷抵
抗RLが接続され、ゲート・カソード間には可変
ゲート抵抗RGが接続されている。RGは０から連
続的な値で可変できる抵抗であり、遠隔地からの
信号伝送等の微弱な信号の場合には、RGの値を
大きくすることによつて受光感度を大きくすると
いうように調整できる。但し、フオトカツプラと
して動作している時、即ち一度調整したRGの値
は受光用サイリスタの導通時と遮断時において一
定にして使う。 Figure 2A shows a normally-off electrostatic induction thyristor 33, a light emitting element 31, and an envelope 3 that blocks light.
It is a photo-katsupura consisting of 2. 34 is an anode, 35 is a cathode, 36 is a gate terminal,
A power supply V AK and a load resistor R L are connected between the anode and cathode, and a variable gate resistor R G is connected between the gate and cathode. R G is a resistor that can be continuously varied from 0 to 0. In the case of weak signals such as signal transmission from a remote location, the light receiving sensitivity can be increased by increasing the value of R G. It can be adjusted to However, when operating as a photo coupler, that is, the value of R G once adjusted is used while keeping it constant when the light receiving thyristor is turned on and off.
静電誘導サイリスタはPNPN4層構造サイリス
タに比してdv／dt耐量は極めて大きく、したが
つてRGの値は極めて大きな値まで選べるので、
受光感度の調整範囲は非常に広い。受光感度は
RGにほぼ比例して増大する。光が照射されない
ときには、３３のサイリスタはノーマリオフであ
るので電流は流れない。光が照射され、ゲート・
カソード間に電流が流れ、RGに電圧降下が生じ、
ゲート・カソード間が導通状態になりアノード・
カソード間に大きな電流が流れ、負荷抵抗RLに
出力信号が生じる。 The electrostatic induction thyristor has an extremely large dv/dt tolerance compared to the PNPN four-layer structure thyristor, and therefore the value of R G can be selected up to an extremely large value.
The adjustment range for light receiving sensitivity is extremely wide. The light receiving sensitivity is
R increases approximately in proportion to G. When no light is irradiated, the thyristor 33 is normally off, so no current flows. The light is irradiated and the gate
Current flows between the cathodes, causing a voltage drop across R G ,
The gate and cathode become conductive, and the anode and cathode become conductive.
A large current flows between the cathodes and an output signal is generated across the load resistor R L.
次に光が照射されなくなると、ゲート・カソー
ド間にたまつていたキャリアは徐々にRGを通し
て放電することによつて、ゲート・カソード間は
元の状態に戻り、電流は遮断される。 Next, when light is no longer irradiated, the carriers accumulated between the gate and cathode are gradually discharged through R G , so that the gate and cathode return to their original state, and the current is cut off.
第２図ロは遮断状態を更に早くするためにゲー
ト・カソード間にVGKの逆方向バイアス電源を接
続したものである。３８はノーマリオンあるいは
ノーマリオフ型のｎチャンネルの静電誘導サイリ
スタである。 In Figure 2B, a reverse bias power supply of V GK is connected between the gate and cathode to further speed up the cut-off state. 38 is a normally-on or normally-off type n-channel electrostatic induction thyristor.
ノーマリオン型の静電誘導サイリスタの場合に
は、希望する阻止電圧を与えるゲート・カソード
間電圧を与えておく。オンするときは第２図イと
同じであるが、光が消えて遮断するときには、ゲ
ート・カソード間に逆方向電圧が加わつているの
で、第２図イに示す実施例のものよりもターンオ
フする時間は短くなるという利点を有している。
静電誘導サイリスタは、第４図に示した従来のｐ
−ｎ−ｐ−n4層構造サイリスタがゲートによる
ターンオフ能力がない自己消弧不能型サイリスタ
であることにくらべて、完全にゲートでターンオ
フさせることができる自己消弧型サイリスタであ
ること、オン電圧が小さいこと、スイツチング速
度が1μsec以下と非常に短くでき、非常に能率の
高いスイツチングができるので、フオトカツプラ
とした場合に大電力用に非常に価値が高いといえ
る。 In the case of a normally-on type electrostatic induction thyristor, a gate-cathode voltage is applied that provides a desired blocking voltage. When it is turned on, it is the same as in Figure 2A, but when the light goes out and is cut off, a reverse voltage is applied between the gate and cathode, so it is turned off more than in the embodiment shown in Figure 2A. It has the advantage that it takes less time.
The electrostatic induction thyristor is similar to the conventional p
- Compared to the n-p-n four-layer structure thyristor, which is a non-self-extinguishing thyristor that does not have the ability to turn off by the gate, it is a self-extinguishing thyristor that can be completely turned off by the gate, and the on-voltage is low. It is small, has a very short switching speed of 1 μsec or less, and can perform extremely efficient switching, so it can be said to be extremely valuable for high power applications when used as a photocoupler.
第３図は発光素子と受光素子の静電誘導サイリ
スタを光フアイバで接続した構造のフオトカツプ
ラである。 FIG. 3 shows a photocoupler having a structure in which a light emitting element and an electrostatic induction thyristor of a light receiving element are connected by an optical fiber.
４０は発光素子で例えば発光ダイオードやレー
ザダイオード、４１は光フアイバ等の光を透過す
る絶縁材料であつて、任意の長さのものであり、
４２は静電誘導サイリスタである。４２は本考案
の実施例、第２図のように電源、負荷抵抗を接続
しておく。４０により入力信号によつて発光され
た光は光フアイバを伝播して４２の静電誘導サイ
リスタによつて増幅され出力信号が得られる。光
フアイバを発光素子４０からの光のための伝送路
とすることによつて、遠隔地からの信号伝送等に
は非常にＳ／Ｎ比良く高速なフオトカツプラとす
ることができる。 40 is a light emitting element, such as a light emitting diode or a laser diode; 41 is an insulating material that transmits light, such as an optical fiber, and has an arbitrary length;
42 is an electrostatic induction thyristor. Reference numeral 42 denotes an embodiment of the present invention, to which a power source and a load resistor are connected as shown in FIG. Light emitted by the input signal 40 is propagated through the optical fiber and amplified by the electrostatic induction thyristor 42 to obtain an output signal. By using an optical fiber as a transmission path for light from the light emitting element 40, a high-speed photo coupler with an extremely good S/N ratio can be used for signal transmission from a remote location.
受光素子としての静電誘導サイリスタはSiに限
らず他の半導体でも良いし、ｎチャンネルに限ら
ずｐチャンネルでも良いことは勿論である。 It goes without saying that the electrostatic induction thyristor used as a light-receiving element is not limited to Si but may be made of other semiconductors, and is not limited to n-channel but may be p-channel.
外囲器は気密性、耐久力を増すために、光を減
衰させない程度に樹脂等を入れたものでも良い。 In order to increase airtightness and durability, the envelope may be filled with resin or the like to the extent that light is not attenuated.
光により高効率でスイツチングが行なえる静電
誘導型サイリスタは本考案者により、特許第
1349418号（特公昭61−1908号）「静電誘導形光サ
イリスタ」に示されているが、本発明のごとく、
発光素子と受光素子を一体に形成したフオトカツ
プラとすることにより、外部光による誤動作を防
ぎ、かつ耐久性が増し、信頼性も向上し、取り扱
いも容易となる。 The electrostatic induction thyristor, which can be switched with high efficiency by light, was patented by the inventor.
No. 1349418 (Special Publication No. 61-1908) ``Electrostatic induction type optical thyristor'', but as in the present invention,
By forming a photocoupler in which a light emitting element and a light receiving element are integrally formed, malfunctions due to external light can be prevented, durability is increased, reliability is improved, and handling becomes easy.
以上説明したように本考案のフオトカツプラ
は、一つの発光素子と光を通す絶縁物を介して結
合された静電誘導サイリスタを接続した部分を有
しており、非常に高感度、高速度、低電圧、低電
流で動作を行うと共に、受光素子以降の回路構成
が簡単である等の利点を有し、工業的価値は非常
に高いものである。 As explained above, the photo coupler of the present invention has a part in which a single light emitting element is connected to an electrostatic induction thyristor coupled through a light-transmitting insulator, and has extremely high sensitivity, high speed, and low It operates with low voltage and current, and has advantages such as a simple circuit configuration after the light-receiving element, and has extremely high industrial value.
また、本考案によれば、可変ゲート抵抗を10倍
にすれば受光感度も10倍に出来るというように受
光感度が、使用状況に応じて信号強度の広い範囲
で調整できるので、受光感度のダイナミツクレン
ジが広く、遠隔地からの信号伝送等の微弱光信号
の検出へ応用など、極めて広い範囲の応用に有効
である。 In addition, according to the present invention, the light receiving sensitivity can be adjusted over a wide range of signal strength depending on the usage situation, such that if the variable gate resistance is increased by 10 times, the light receiving sensitivity can be increased by 10 times. It has a wide range of wavelengths, making it effective for an extremely wide range of applications, including the detection of weak optical signals in signal transmission from remote locations.
本考案によれば、発光素子が寿命が来て、交換
した場合にその発光素子の信号強度が多少変動し
ても可変ゲート抵抗の調整によつて受光感度が調
整できるので保守管理が容易である。本考案によ
ればdv／dt耐量に関係なく、任意の値の可変抵
抗値が選べるので、任意の値の受光感度が選定で
き、またサイリスタの導通時と遮断時においてゲ
ート・カソード間抵抗を変化させる必要もないの
で構成が簡単となる。 According to the present invention, when a light emitting element reaches the end of its life and is replaced, even if the signal strength of the light emitting element changes somewhat, the light receiving sensitivity can be adjusted by adjusting the variable gate resistor, making maintenance management easy. . According to the present invention, any value of variable resistance can be selected regardless of the dv/dt withstand capacity, so any value of light receiving sensitivity can be selected, and the resistance between the gate and cathode can be changed when the thyristor is conducting and cutting off. Since there is no need to do this, the configuration becomes simple.
第１図イは従来の受光素子として二端子のダイ
オードを用いたフオトカツプラの構造図、第１図
ロは、従来の受光素子としてバイポーラトランジ
スタのフオトトランジスタを用いたフオトカツプ
ラの構造図、第２図イはノーマリオフ型静電誘導
サイリスタを受光素子としたフオトカツプラの構
造図である。第２図ロはノーマリオン型静電誘導
サイリスタを受光素子とした本考案のフオトカツ
プラの実施例、第３図は光の伝送路を光フアイバ
としたことを特徴とする本考案の別の実施例のフ
オトカツプラ、第４図は従来のPNPN4層構造サ
イリスタを用いた光スイツチである。
１，３１，４０……発光素子、３，３２……光
を遮断する外囲器、３３，３８……静電誘導サイ
リスタ、３４……アノード、３５……カソード、
３６……ゲート、４２……電源、抵抗を含む本考
案の第２図に示す受光素子、４１……光フアイバ
等の光を透過する絶縁材料。
Figure 1A is a structural diagram of a conventional photocoupler that uses a two-terminal diode as a photodetector, Figure 1b is a structural diagram of a photocoupler that uses a bipolar phototransistor as a conventional photodetector, and Figure 2I. is a structural diagram of a photocoupler using a normally-off type electrostatic induction thyristor as a light receiving element. FIG. 2B shows an embodiment of the photo coupler of the present invention using a normally-on type electrostatic induction thyristor as a light receiving element, and FIG. 3 shows another embodiment of the present invention characterized in that the light transmission path is an optical fiber. Figure 4 shows an optical switch using a conventional PNPN four-layer thyristor. 1, 31, 40... Light emitting element, 3, 32... Envelope that blocks light, 33, 38... Electrostatic induction thyristor, 34... Anode, 35... Cathode,
36...Gate, 42...The light receiving element of the present invention shown in FIG. 2 including a power source and a resistor, 41...An insulating material that transmits light, such as an optical fiber.
Claims (1)
過する絶縁材料４１と、前記絶縁材料に隣接して
配されたノーマリオン型静電誘導サイリスタ３８
と、前記静電誘導サイリスタのゲート３６・カソ
ード３５間に接続された前記サイリスタの導通時
および遮断時において同一の抵抗値を有する受光
感度調整用の可変ゲート抵抗RGとバイアス電源
VGKと、前記静電誘導サイリスタのアノード３
４・カソード３５間に接続された電源VAKと負荷
抵抗RLとから少なく共構成され、前記発光素子
からの光を照射することにより、前記静電誘導サ
イリスタをターンオンし、前記発光素子からの光
照射を停止することにより、前記静電誘導サイリ
スタがターンオフすることを特徴とするフオトカ
ツプラ。 A light emitting element 31, an insulating material 41 that transmits light emitted by the light emitting element, and a normally-on electrostatic induction thyristor 38 disposed adjacent to the insulating material.
and a bias power source and a variable gate resistor R G for adjusting the light receiving sensitivity, which has the same resistance value when the thyristor is turned on and off, connected between the gate 36 and the cathode 35 of the electrostatic induction thyristor.
V GK and the anode 3 of the electrostatic induction thyristor
4. The electrostatic induction thyristor is turned on by irradiating the light from the light emitting element , and the light emitted from the light emitting element is turned on. A photocoupler characterized in that the electrostatic induction thyristor is turned off by stopping light irradiation.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1990066158U JPH0347336Y2 (en) | 1990-06-22 | 1990-06-22 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1990066158U JPH0347336Y2 (en) | 1990-06-22 | 1990-06-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH036849U JPH036849U (en) | 1991-01-23 |
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Family Applications (1)
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| JP1990066158U Expired JPH0347336Y2 (en) | 1990-06-22 | 1990-06-22 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5524406A (en) * | 1978-08-09 | 1980-02-21 | Hitachi Ltd | Photosemiconductor switch circuit |
| JPS611908A (en) * | 1984-06-14 | 1986-01-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid fuel burner |
-
1990
- 1990-06-22 JP JP1990066158U patent/JPH0347336Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5524406A (en) * | 1978-08-09 | 1980-02-21 | Hitachi Ltd | Photosemiconductor switch circuit |
| JPS611908A (en) * | 1984-06-14 | 1986-01-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid fuel burner |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH036849U (en) | 1991-01-23 |
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