JPH0425724B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景と目的〕 本発明は、光受信回路、特に温度、電源電圧の
変化に対する影響の少い安定な増幅特性を有する
光受信回路に関するものである。

光受信器として使用される増幅器の一例を第１
図に示す。トランジスタQ₁のエミツタはダイオ
ードD₁を介して接地され、負荷抵抗R₁と合わせ
てエミツタ接地回路として動作する。トランジス
タQ₂はコレクタ接地（エミツタフオロワ）回路
を構成し、出力インピーダンスを下げて、抵抗
R₂による帰還ループへの影響を小さくしている。

トランジスタQ₁，Q₂ダイオードD₁抵抗R₁，
R₂，R₃からなる増幅部は、いわゆるトランスイ
ンピーダンス形アンプを構成し、低入出力インピ
ーダンスのため、効率のよい電流／電圧変換回路
として、受光素子PDと組合わされて、光受信回
路に使用される。なお、ダイオードD₁は、出力
電位を上げて次段との接続を行ない易くする働き
がある。

いま、光入力レベルP_1Nの光が受光素子PDに入
射すると、トランスインピーダンスアンプ１には I_1N＝P_1N×η（但し、ηは光電変換係数） の電流が流れ込み、次の出力電圧V₀を発生する。

V₀＝V_BE1＋V_F＋IC₁／hFER₂−I_1N×R₂ …(1) V_BE；トランジスタQ₁のベース・エミツタ間電
圧、IC₁；Q₁のコレクタ電流、 hFE；トランジスタの電流増幅率（以下、全トラ
ンジスタのhFEは同一と仮定する） V_F；ダイオードD₁の順方向電圧降下、 IC₁＝｛Vcc−（V_BE2＋V₀）｝／R₁ …(2) したがつて、結局V₀は次式に変換される。

V₀＝V_BE1＋V_F＋１／hFER₁（Vcc−V_BE2）／
１＋１／hFER₁−I_1N×R₂…(3) ところで、V_BE1，V_F，V_BE2は約−2mV／degと
いう大きな温度係数をもつので、V₀は温度によ
る変化も大きく、また、電源電圧Vccの影響もあ
り、直流的に次段と接続するのは、極めて難かし
い状態であつた。

したがつて、従来は、次段との間にコンデンサ
を挿入し、直流的な変動を除去して使用されるの
が通例であつた。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解
消し、直流接続しても温度、電源電圧に対して安
定な特性の増幅回路を提供することにある。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明の要旨は、前記した増幅回路
と同一構成の回路を次段に使用し、両者の間を抵
抗で結び、温度変化に対して、安定な特性を実現
するように抵抗の組合わせを選定することにあ
る。

〔実施例〕

本発明光受信回路の一実施例を第２図に示す。
従来技術で示した回路（トランスインピーダンス
形アンプ）１と同様の構成の回路２を抵抗R₄を
介して接続している。

一段目の出力電圧V₁は、光入力のない場合、
(1)よりP_1Nの項を無視すると、 V₁＝V_BE1＋V_F1＋IC₁／hFER₂ …(4) トランジスタQ₃のベース電流I_B3（＝IC₃／hFE）
はR₄を流れる電流I₁とR₆を流れる電流I₂の差であ
り、次式が成立する。

I_B3＝I₂−I₁ ここでV₂＝V_BE3＋V_F2を考慮したうえで、(4)式
の１／hFER₁を十分小さいものとみなしてV₃をもと めると次式になる。

V₃＝I_B3R₆−R₆／R₄（V_BE1＋V_F1＋IC₁／hEFR₂）＋（１
＋R₆／R₄）（V_BE3＋V_F2）…(5) ここでV_BE＝kT／ｑlnIC／I^s …(6) ｑ；単位電荷、ｋ；ボルツマン定数、Ｔ；絶対温
度、Is；逆方向飽和電流、IC；コレクタ電流、 を利用すると、次式が成立する。

V_BE3−V_BE1＝kT／ｑlnIC₃／IC₁また、D₁，D₂に流れる電 流はそれぞれ、Q₁，Q₃に流れる電流と等しいの
で、上式と同様 V_F2−V_F1＝kT／ｑlnIC₃／IC₁が成立する。

これらを(5)式に代入すると V₃＝１／hFE（IC₃R₆−R₆／R₂・IC₁R₂） ＋V_BE3＋V_F2＋２R₆／R₄kT／ｑlnIC₃／IC₁ …(7) ここで、hFEは十分大きいので、V₃の第１項は
無視でき、 V₃＝V_BE3＋V_F2＋２R₆／R₄kT／ｑlnIC₃／IC₁ …(8) となる。

(8)式を温度Ｔで微分すると、 dV₃／dT＝ｄ／dT（V_BE3＋V_F2） ＋２R₆／R₄ｋ／ｑlnIC₃／IC₁ …(9) となる。

V_BEV_F2は一般に負の温度係数をもつのに対し、
第２項は正の係数となるので、R₆／R₄を次式が成立 するように選ぶと温度特性をキヤンセルできる。

R₆／R₄＝−ｄ／dT（V_BE3＋V_F2／2k／ｑlnIC₃／IC₁…(
10) ここでｄ／dT（V_BE＋V_F2）＝−2mυ／deg，IC₃／IC₁ ＝５という代表的な値を代入すると、R₆／R₄＝
7.24となり、実現可能な値である。

また、R₆／R₄は、２段目の電圧利得にほぼ一
致するので、回路２は利得によつて直流的な温度
特性が変化する回路であり、約７倍の利得に選ぶ
と温度特性を無視できる回路とすることができ
る。さらに、(8)式から明らかなように電源電圧に
依存する項は、IC₃／IC₁だけであり、IC₁，IC₃と
もに電源電圧が高くなると大きくなるという同じ
傾向をもつため、その比は電圧依存性が小さく、
V₃に電源電圧に対しても安定な回路となる。

第２図の回路について、コンピユータによる詳
細な解析を行なつたところ、V₃の温度係数約
0.1mυ／deg、電圧依存性約0.1と安定な電圧を発
生することが確認された。

変形例としては次のものが考えられる。

(1) トランジスタQ₂と抵抗R₃の間及びトランジ
スタQ₄と抵抗R₇の間に同一のダイオードまた
は抵抗を挿入しても、抵抗値のみの変更で同様
の効果が期待できる。

(2) R₃，R₇の抵抗は定電流源に変えても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにして成る本発明光受信回路は次の
効果を有するものであり、この工業的価値は非常
に大なるものがある。

(1) 受光素子と組合わせて使用する受信回路は、
直流的な温度ドリフトが大きく、次段との結合
が難しかつたが、本発明により、温度ドリフト
をキヤンセルすることができるので、安定な増
幅回路が実現できる。

(2) 本発明の回路は、ほぼ同一構成の回路を２段
接続しているうえに、コンデンサを使用してい
ないので、集積回路で実現しやすく、また、特
性に大きく影響するパラメータは、抵抗の比
率、トランジスタV_BEの差なので、集積回路の
特長を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の受信回路の一例を示す回路図、
第２図は本発明光受信回路の一実施例を示す回路
図である。 １……光受信回路（プリアンプ）、２……光受
信回路（メインアンプ）、R₁〜R₇……抵抗、D₁，
D₂……ダイオード、Q₁〜Q₄……トランジスタ、
PD……受光素子、I₁……R₄を流れる電流、I₂…
…R₆を流れる電流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の増幅回路の入力端に受光素子の一端子
   が接続され、前記第１の増幅回路の出力端に第２
   の増幅回路の入力端が縦続接続され、前記受光素
   子の他端子に電源が接続されてなり、前記第１の
   増幅回路及び第２の増幅回路は、それぞれ第１の
   トランジスタQ₁，Q₃のベースを前記それぞれの
   増幅回路の入力端とし、コレクタを負荷抵抗R₁，
   R₅に接続し、エミツタをダイオードD₁，D₂を介
   して接地しているエミツタ接地回路と、第２のト
   ランジスタQ₂，Q₄のコレクタを電源に接続し、
   ベースを第１のトランジスタQ₁，Q₃のコレクタ
   に接続し、前記それぞれの増幅回路の出力端とな
   るエミツタを負荷抵抗R₃，R₇を介して接地する
   と共に抵抗R₂，R₆を介して第１のトランジスタ
   Q₁，Q₃のベースに接続したコレクタ接地回路と
   から構成され、前記第１の増幅回路の出力端と前
   記第２の増幅回路の入力端とが抵抗R₄を介して
   接続されてなり、光受信回路の温度ドリフトをキ
   ヤンセルするために前記抵抗R₄及び抵抗R₆が、 R₆／R₄＝−ｄ（V_BE3＋V_F2）／dT／2k／ｑlnIC₃／IC₁ 但しV_BE3 ：トランジスタQ₃のベース・エミツタ間電
   圧 V_F2：ダイオードD₂の順方向電圧降下 Ｔ ：絶対温度 ｋ ：ボルツマン定数 ｑ ：単位電荷 IC₃：トランジスタQ₃のコレクタ電流 IC₁：トランジスタQ₁のコレクタ電流 の式を満足する抵抗値に設定されていることを特
   徴とする光受信回路。