JPS6278886A - アバランシエ・ホトダイオ−ドのバイアス回路 - Google Patents

アバランシエ・ホトダイオ−ドのバイアス回路

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JPS6278886A
JPS6278886A JP60218896A JP21889685A JPS6278886A JP S6278886 A JPS6278886 A JP S6278886A JP 60218896 A JP60218896 A JP 60218896A JP 21889685 A JP21889685 A JP 21889685A JP S6278886 A JPS6278886 A JP S6278886A
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avalanche photodiode
transistor
temperature coefficient
emitter
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Yoshihito Seki
関　美仁
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Iwatsu Electric Co Ltd
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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アバランシエ・ホトダイオードのバイアスを
供給する回路に関する。ざらに具体的には、周囲温度の
変化に対して、アバランシエ・ホトダイオードを安定に
動作せしめるためのバイアス回路に関する。
［従来の技術］ 光通信や光計測の分野において微弱な光信号を検出する
ために、受光素子として、アバランシエ・ホトダイオー
ドが用いられる。
アバランシエ・ホトダイオードには降伏電圧よりやや低
い逆電圧が印加されており、受光することによりアバラ
ンシェ現象により、光増倍率（３〜１００）が得られる
。より大きな光増倍率が１ｑられることは、より微弱な
光信号まで受光できることになるから、その効果は極め
て大きく、より大きな光増倍率を安定に得るために、多
くの改良がなされている。
大きな光増倍率を得るためには、前述した降伏電圧より
ヤヤ低い逆電圧より大きな電圧が必要であるが、この降
伏電圧付近では、わずかな逆電圧の増加により急激に逆
電流が増加し、光増倍率も増加する。したがって、アバ
ランシエ・ホトダイオードを大ぎな光増倍率に設定しよ
うとすると、わずかな逆電圧の変動で光増倍率が変動す
るばかりか、急激な逆電流の増加によってアバランシエ
・ホトダイオードが破損する場合もあった。
このような急激な光増倍率や逆電流の変動は、かりに印
加される逆電圧が一定であったとしても、アバランシエ
・ホトダイオードの周囲の温度変化によってももたらさ
れる。
温度変化に対応するために用いられている従来の回路例
を第３図に示し、これを用いて説明する。
第３図において、１１はアバランシエ・ホトダイオード
であり、そのカソードは信号増幅器１３の初段をなすエ
ミッタ接地トランジスタのベースに接続されており、光
信号１２の入力があると、アバランシエ・ホトダイオー
ド１１のカソード側に接続された信号増幅器１３に光増
倍された電気信号が印加されて増幅される。１７はオペ
レーショナル・アンプであり、２４および２５はトラン
ジスタであり、４１〜４６は抵抗、５３はポテンショメ
ータである。
ここで、トランジスタ２４、抵抗４３〜４６およびポテ
ンショメータ５３は定電流回路を構成しており、トラン
ジスタ２４のコレクタ電流は抵抗４２および４１を通っ
て負の電源−■、に流れる。
アバランシエ・ホトダイオード１１が、たとえばシリコ
ン・ダイオードであって、その降伏電圧よりやや低い逆
電圧が１３０Ｖ程度でおり、抵抗４２は、たとえば１０
ＭΩであり、トランジスタ２４のコレクタ電流は１３μ
八程度で必って、オペレーショナル・アンプ１７とトラ
ンジスタ２５からなる負帰還回路によって、アバランシ
エ・ホトダイオードのアノード側の電圧を一１３０Ｖ程
度に保つようにしている。
周囲温度が変動すると、光増倍率が一定の場合のアバラ
ンシエ・ホトダイオード１１の降伏電圧の変動は、降伏
電圧の０．１％／Ｃ’　　（１３０ｍＶ／Ｃ’　）程度
変化する。一方トランジスタ２４のエミッタ・ベース間
電圧ＶＥＲも−２，５ｍＶ／Ｃ’程度の変動がある。
もしも温度上昇がおると、トランジスタ２４のＶＥＢが
小さくなり、そのコレクタ電流が増加し、抵抗４２の電
圧降下を増加せしめる。抵抗４２のオペレーショナル・
アンプ１７に接続された側の端子の電圧は、オペレーシ
ョナル・アンプ１７とトランジスタ２５の構成する負帰
還作用によりＯＶに固定されるから、抵抗４２の７バラ
ンシエ・ホトダイオード１１に接続された点の電圧はマ
イナスの方向に増大する。これによって温度上昇により
光増倍率の低下したアバランシエ・ホトダイオードの逆
電圧をより大きくして、一定の光増倍率を保持している
。
ポテンショメータ５３を加減することにより、トランジ
スタ２４のエミッタ電流の抵抗４４を通しての分流の割
合を変えて、温度変化によるトランジスタ２４のエミッ
タ・ベース間電圧の変化率を調整している。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来技術を必られす第３図の回路では、アバランシエ・
ホトダイオード１１の降伏電圧付近の電圧は、トランジ
スタ２４のコレクタ電流を抵抗４２に流すことによって
得ていた。
抵抗４２の電圧降下は大きな値（たとえば、１３０Ｖ）
が要求されるので、抵抗４２の抵抗値を大きなものとす
るか、あるいは、そこに流す電流（トランジスタ２４の
コレクタ電流）を大きくしなければならなかった。
このようなアバランシエ・ホトダイオードを用いる必要
のおる、たとえば光ファイバの破断点などを測定するた
めのオプチカル・タイムドメイン・リフレクトメータは
、屋外の布設線路の測定の必要性から、測定器の電源は
電池である場合が多く、長時間の使用のために、極力低
消費電力化することが要求されている。また、もしもト
ランジスタ２４のコレクタ電流を大きくすると、トラン
ジスタ２４自身の発熱があるために、トランジスタ２４
のエミッタ・ベース間電圧の温度特性は周囲温度のみら
ずトランジスタ２４自身の発熱によっても左右されるこ
とになって好ましくない。そこで、そのコレクタ電流は
、たとえば１３μＡというような値のものが用いられ、
そのために抵抗４２として、たとえば１０ＭΩという高
抵抗を使用していた。これによって、たとえば１３０ｖ
という高電圧が設定されていた。
ところが抵抗４２として高抵抗（たとえば、１０ＭΩ）
を用いると、その温度係数は低い抵抗値のものにくらべ
て良好ではないために、この抵抗４２の温度特性があら
れれて、アバランシエ・ホトダイオード１１の完全な温
度補償をすることはできないという問題があった。
だからといって、抵抗４２として温度特性の良好な抵抗
を用いることは、前述のごとく、トランジスタ２４の発
熱や消費電力の増大から採用することができなかった。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を解決するためになされた
ものであり、アバランシエ・ホトダイオードの光増倍率
の変化の温度係数を補償するための温度係数電圧を定電
圧を印加したエミッタ・ホロワのエミッタから取り出し
、オペレーショナル・アンプの一方の入力端子に印加し
、そのオペレーショナル・アンプの出力を定電圧ダイオ
ードを介して、アバランシエ・ホトダイオードの１つの
端子にそのエミッタを接続され、コレクタが負の電源に
接続されたトランジスタのベースに印加し、そのエミッ
タの電圧を分圧して前記オペレーショナル・アンプの他
方の入力端子に負帰還することとした。
［作用］ このように構成することによって、エミッタ・ホロワに
よって温度係数電圧を発生せしめて、オペレーショナル
・アンプにより前記電圧分圧比の逆数倍に温度係数電圧
を増幅して、これを７バランシエ・ホトダイオードの温
度係数に一致せしめ、アバランシエ・ホトダイオードの
設定電圧は、前記エミッタ・ホロワのベース電圧を設定
することによって、前記オペレーショナル・アンプの一
方の入力端子電圧を前記電圧分圧比の逆数倍として印加
するものである。
この動作によって、オペレーショナル・アンプの出力か
ら定電圧ダイオード、トランジスタ、電圧分圧器を介し
てオペレーショナル・アンプの他方の端子に負帰還され
るループ中に含まれる素子の温度によるドリフト（電圧
変動）は、負帰還作用によってすべて打消されるため、
極めて小ざな電力消費で、しかも温度特性の良好なアバ
ランシエ・ホトダイオードの光増倍率の温度による変動
を極めて精度よく補償することができる。
［実施例］ 本発明の一実施例を第１図に、その変形例を第２図に示
し、説明する。第１図および第２図においては、第３図
における構成要素に対応するものには、同じ番号を付し
た。
第１図において、１〜ランジスタ２２はエミッタ・ホロ
ワを構成しており、抵抗３５．３６とポテンショメータ
５２によってそのベース電圧が設定されている。このベ
ース電圧は、抵抗３４の両端の電圧とトランジスタ２２
のエミッタ・ベース間電圧の和に等しい。温度変化によ
って、トランジスタ２２のエミッタ・ベース間電圧が変
動すると、オペレーショナル・アンプ１５の一方の入力
端子（＋端子）電圧が変動し、他方の入力端子（一端子
）の電圧との差を検出し増幅して定電圧ダイオード１９
を介してトランジスタ２１のベースに接続され、そのエ
ミッタ電圧を変動せしめて分圧器（分圧手段）を構成す
る抵抗３２．３３およびポテンショメータ５１により１
／ｎに分圧して、分圧された電圧がオペレーショナル・
アンプ１５の他方の入力端子（一端子）に負帰還される
。ここで、抵抗３１は定電圧ダイオードに流れる電流を
流すための抵抗であり、−Ｖｃおよび−ｖＤは負電源で
ある。トランジスタ２１はベースに印加された電圧をア
バランシエ・ホトダイオード１１に印加すると同時に、
アバランシエ・ホトダイオードに流れる電流のバイパス
をするものである。
アバランシエ・ホトダイオードのアノードの電圧は、エ
ミッタ・ホロワであるトランジスタ２２のベース電圧か
らエミッタ・ベース間電圧を引いた値であるオペレーシ
ョナルアンプの一方の入力端子の電圧のｎ倍（分圧比１
／ｎの逆数）に設定される（これを、設定電圧という。
）。
トランジスタ２２のエミッタ・ベース間電圧が温度の上
昇によって、たとえばわずかに減少すると、その変動は
ｎ倍だけ増幅されてアバランシエ・ホトダイオード１１
のアノードに印加され、アノードの電圧を負の方向に増
加せしめて、アバランシエ・ホトダイオード１１の逆電
圧を高め、温度上昇によって低下しようとする光増倍率
を増加せしめるように作用して、一定値を保つように制
御する。
負帰還ループ内に含まれた定電圧ダイオード１９やトラ
ンジスタ２１の温度特性による電圧変化は、負帰還の効
果によってアバランシエ・ホトダイオード１１のアノー
ドの電圧変化としては現われない。
抵抗３２．３３およびポテンショメータ５１は第３図に
おける抵抗４２の値よりも低いもので、温度特性の良好
なものを用いることも可能であるが、かりに高抵抗を用
いても、抵抗３２．３３およびポテンショメータ５１の
温度係数が同じ値であれば、その影響は全く受けないた
めに、温度特性は極めて良好である。
本発明の変形例を第２図により説明する。ここにおいて
第１図に対応する構成要素については同じ番号および記
号を付した。
第１図との差異は、オペレーショナルアンプ１６と抵抗
３９および４０からなる反転増幅器を付加し、それにと
もなって電源二ＶＣを電源＋ＶＢに、ＰＮＰトランジス
タ２２をＮＰＮトランジスタ２３に変更したものである
。
エミッタ・ホロワをなすトランジスタ２３のベース・エ
ミッタ間電圧の温度係数をオペレーショナル・アンプ１
６および抵抗３９．４０からなる反転増幅器で増幅して
大きな温度係数電圧を発生せしめて設定電圧を印加する
ための比較増幅器として動作するオペレーショナル・ア
ンプ１５の一方の入力端子（子端子）に印加している。
この場合に、抵抗３９を可変抵抗としてオペレショナル
・アンプ１６および抵抗３９．４０で構成する反転増幅
器の増幅度を調整することも可能でおる。
このような反転増幅器を用いる場合は、オペレーショナ
ル・アンプ１５および抵抗３８．３７などを含む比較増
幅器の利得は、第１図の場合の比較増幅器（１５，３２
，３３，５１など）の利得よりも小さなものでよいこと
は明らかであろう。
第１図および第２図において、定電圧ダイオード１９を
用いて、オペレーショナル・アンプ１５の出力とトラン
ジスタ２１のベース間に大きな電位差を与えているが、
オペレーショナル・アンプが十分に大きな出力電圧を出
力し得るものでおれば、この定電圧ダイオード１９を省
略してもよい。
第１図および第２図の場合には、アバランシエ・ホトダ
イオードのアノード側に設定電圧を印加した場合を示し
たが、そのカソード側に設定電圧を印加するように回路
設計を変更することができることも本発明の技術思想か
ら明らかであろう。
第１図および第２図の場合には、信号増幅器１３として
第３図に示すものを用いて説明したが、本発明の要旨に
関係はないので、その他のいかなる形式の増幅器を用い
てもよいことは明らかであろう。また、信号増幅器への
アバランシエ・ホトダイオードからの出力信号も、カソ
ード側に限定されず、アノード側から取り出してもよい
ことは明らかであろう。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、低消
費電力化が可能であり、温度係数電圧以外の温度変化に
かかわる好ましくない設定電圧の変化の影響を除外して
アバランシエ・ホトダイオードに設定電圧を印加するこ
とができるから大きな光増倍率を安定して得ることがで
きるものであり、本発明の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は本発
明の変形例を示す回路図、第３図は従来技術を示す回路
図である。 １１・・・アバランシエ・ホトダイオード、１２・・・
光信号、　　　　１３・・・信号増幅器、１５〜１７・
・・オペレーショナルアンプ、２１〜２５・・・トラン
ジスタ、 ３１〜４７・・・抵抗、 ５１〜５３・・・ポテンショメータ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）アバランシエ・ホトダイオードの光増倍率の変化
    の温度係数を補償するための温度係数電圧を発生するた
    めの、ベースに定電圧を印加されたエミッタ・ホロワを
    含む温度係数電圧発生手段と、前記アバランシエ・ホト
    ダイオードの一端の設定電圧を分圧して取り出すための
    分圧手段と、前記アバランシエ・ホトダイオードの一端
    にエミッタを接続し、アバランシエ・ホトダイオードの
    電流をバイパスするためのトランジスタと、前記温度係
    数電圧発生手段の出力である前記温度係数電圧と、前記
    分圧手段の出力とを比較増幅して前記トランジスタのベ
    ースに印加し、前記アバランシエ・ホトダイオードにバ
    イアスをかけるために設定電圧を印加する設定電圧手段
    とを含むことを特徴とするアバランシエ・ホトダイオー
    ドのバイアス回路。
  2. （２）前記温度係数電圧発生手段が前記エミッタ・ホロ
    ワの出力を増幅するための増幅器を通して前記温度係数
    電圧を発生するものである特許請求の範囲第１項記載の
    アバランシエ・ホトダイオードのバイアス回路。
  3. （３）前記設定電圧手段が、前記温度係数電圧と、前記
    分圧手段の出力とを比較増幅するためのオペレーショナ
    ル・アンプを含み、前記オペレーショナル・アンプの出
    力を前記トランジスタのベースに印加するものである特
    許請求の範囲第１項記載のアバランシエ・ホトダイオー
    ドのバイアス回路。
  4. （４）前記設定電圧手段が、前記温度係数電圧と、前記
    分圧手段の出力とを比較増幅するためのオペレーショナ
    ル・アンプを具備し、前記オペレーショナル・アンプの
    出力を定電圧ダイオードを介して前記トランジスタのベ
    ースに印加せしめるものである特許請求の範囲第１項記
    載のアバランシエ・ホトダイオードのバイアス回路。
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