(57)【要約】【課題】高い周波数の繰り返しパルスを発生するパルス電源装置を提供する。【解決手段】アバランシェ降伏特性を有するトランジスタＱのコレクタ電極に、バイアス抵抗Ｒを介してトランジスタＱの降伏電圧よりも高いバイアス電圧を発生するバイアス電圧源Ｖｂを接続するとともに、バイアス電圧源Ｖｂにより充電されトランジスタＱのアバランシェ降伏によりトランジスタＱに対して電荷を放電するコンデンサＣを接続したものであって、トランジスタＱのベース電極にパルストリガ信号を与え、コンデンサＣの放電によりトランジスタＱを流れる電流によって半導体レーザＬＤをパルス光源として動作させるとともに、パルストリガ信号と同時にバイアス電圧源Ｖｂをオフし、パルストリガ信号の終了タイミングでバイアス電圧源Ｖｂをオンするように制御する。【選択図】図１
2007042731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アバランシェ降伏特性を有するトランジスタと、
前記トランジスタのコレクタ電極に抵抗手段を介して接続され、且つ前記トランジスタの降伏電圧よりも高いバイアス電圧を発生するバイアス電圧源と、
前記トランジスタのコレクタ電極に接続され、前記バイアス電圧源により前記抵抗手段を介して充電されるとともに、前記トランジスタのアバランシェ降伏により前記トランジスタに対し電荷を放電する容量手段と、
前記容量手段の放電により前記トランジスタを流れる電流によってパルス出力を発生するパルス出力発生手段と、
前記トランジスタのベース電極に対しパルストリガ信号を発生するとともに、該パルストリガ信号の発生と同期して前記バイアス電圧源をオフし、前記パルストリガ信号の終了タイミングで前記バイアス電圧源をオンする制御手段と
を具備したことを特徴とするパルス電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、スイッチング手段を有し、該スイッチング手段により前記バイアス電圧源のオンオフを制御することを特徴とする請求項１記載のパルス電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング手段は、電界効果トランジスタからなることを特徴とする請求項２記載のパルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス出力を発生するパルス電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザや発光ダイオードを短パルス発光させるパルス電源装置として、アバランシェ降伏特性を有するトランジスタ(アバランシェトランジスタ)を使用するものや、ステップリカバリダイオードを使用するものが知られている。
【０００３】
このうちの、アバランシェトランジスタを用いたパルス電源装置では、アバランシェ降伏特性の降伏電圧より高いバイアス電圧を印加し、ベース電極にパルストリガ信号を与えることにより、このときに発生する２次降伏現象によりコレクタ・エミッタ電極間に流れる急峻なパルス電流を利用するようにしている。
【０００４】
このようなアバランシェトランジスタを用いたパルス電源として、例えば、非特許文献１に開示されものが知られている。図４は、かかる非特許文献１に開示されたパルス電源の基本回路を示すもので、アバランシェトランジスタＱは、ベース電極に、パルストリガ信号を与える制御回路１０１が接続されている。また、コレクタ電極がコンデンサＣを介して接地されるとともに、バイアス抵抗Ｒを介してバイアス電圧源Ｖｂに接続され、さらにエミッタ電極が半導体レーザＬＤを介して接地されている。
【０００５】
このような構成において、アバランシェトランジスタＱのベース電極に、図５（ａ）に示すようなパルストリガ信号が印加されると、同図（ｂ）に示すようにコンデンサＣに充電された電荷が放電され、コレクタ・エミッタ電極間に大きなパルス電流(アバランシェ電流)が流れ、半導体レーザＬＤに対して同図（ｃ）に示すようにエミッタ電極からの短パルス状の出力電流が与えられる。また、これと同時に、コレクタ電極の電位は、ほぼ０Ｖとなる。その後、バイアス抵抗ＲとコンデンサＣの値によって決まる時定数に従ってコンデンサＣに充電が行われ、コレクタ電位はパルストリガ信号の入力前の状態に回復する。コンデンサＣの充電後は、ベース電極にパルストリガ信号を印加することで、再びエミッタ電極から出力電流を発生させることができる。
【非特許文献１】Ｚetex杜(英国)  Application  Note８  Issue  ２  January  １９９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このように構成したパルス電源では、コレクタ電位が回復するまでの時間によって、パルスの繰り返し周波数が制限されてしまう。つまり、コンデンサＣの電荷が放電され、バイアス抵抗Ｒとの時定数により再充電されるまでの時間によりパルスの繰り返し周波数が決定されてしまう。このため、コンデンサＣとバイアス抵抗Ｒで決まる時定数を極力小さくし、コレクタ電位の回復時間を短くすることで、高い周波数でパルスを発生させることが考えられる。しかし、時定数を小さくするため、コンデンサＣの容量を小さくすると、アバランシェトランジスタＱのオン時に得られるエミッタ電極の出力電流小さくなってしまう。また、バイアス抵抗Ｒを小さくすると、アバランシェトランジスタＱのオフ時にエミッタ・コレクタ電極間に流れる電流が問題となり、あまりバイアス抵抗Ｒを小さくすることができない。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、バイアス抵抗Ｒを小さくして、充電の時定数を小さくした場合のトリガパルス信号、コレクタ電位、エミッタ電極からの出力電流のそれぞれの波形を示しており、同図（ｂ）に示すようにコレクタ電位は、急速に回復しているが、同図（ｃ）に示すエミッタ電極からの出力電流には、パルス以外の不要な成分が含まれるようになり、パルス電源として使用することが難しくなる。
【０００７】
このため実際には、バイアス抵抗Ｒは１０ｋΩ程度、コンデンサＣは、１００ｐＦ程度のものが用いられており、コレクタ電位の回復に数μ秒程度の時間を要するため、パルスの発生周波数は１０ｋＨｚから最大でも１００ｋＨｚ程度に抑えられてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高い周波数の繰り返しパルスを発生することができるパルス電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、アバランシェ降伏特性を有するトランジスタと、前記トランジスタのコレクタ電極に抵抗手段を介して接続され、且つ前記トランジスタの降伏電圧よりも高いバイアス電圧を発生するバイアス電圧源と、前記トランジスタのコレクタ電極に接続され、前記バイアス電圧源により前記抵抗手段を介して充電されるとともに、前記トランジスタのアバランシェ降伏により前記トランジスタに対し電荷を放電する容量手段と、前記容量手段の放電により前記トランジスタを流れる電流によってパルス出力を発生するパルス出力発生手段と、前記トランジスタのベース電極に対しパルストリガ信号を発生するとともに、該パルストリガ信号の発生と同期して前記バイアス電圧源をオフし、前記パルストリガ信号の終了タイミングで前記バイアス電圧源をオンする制御手段とを具備したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、スイッチング手段を有し、該スイッチング手段により前記バイアス電圧源のオンオフを制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記スイッチング手段は、電界効果トランジスタからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い周波数の繰り返しパルスを発生することができるパルス電源装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１４】
(第１の実施の形態)
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるパルス電源装置の概略構成を示している。図１において、Ｑはアバランシェ降伏特性を有するトランジスタ、つまりアバランシェトランジスタで、このアバランシェトランジスタＱは、ベース電極に、パルストリガ信号を駆動するためのベース駆動回路１が接続されている。また、コレクタ電極は、コンデンサＣを介して接地されるとともに、バイアス抵抗Ｒ、電界効果トランジスタＦＥＴを介してバイアス電圧源Ｖｂに接続されている。さらにエミッタ電極は、パルス出力発生手段としての例えばパルスレーザダイオードなどの半導体レーザＬＤを介して接地されている
ここで、コンデンサＣは、バイアス電圧源Ｖｂによりバイアス抵抗Ｒを介して充電され、アバランシェトランジスタＱのアバランシェ降伏によりアバランシェトランジスタＱのコレクタ・エミッタ電極間に電荷を放電する容量手段である。バイアス抵抗Ｒは、電界効果トランジスタＦＥＴを通してバイアス電圧源ＶｂとアバランシェトランジスタＱのコレクタ電極を接続する抵抗手段である。電界効果トランジスタＦＥＴは、バイアス電圧源Ｖｂのバイアス電圧のオン、オフを行うためのスイッチング手段で、ゲート電極には、ゲート信号を駆動するためのゲート駆動回路２が接続されている。バイアス電圧源Ｖｂは、アバランシェトランジスタＱの降伏電圧と電界効果トランジスタＦＥＴのオン時の抵抗値による電圧降下を加算した電圧よりもやや高いバイアス電圧を発生するものである。
【００１５】
ベース駆動回路１とゲート駆動回路２には、制御回路３が接続されている。この制御回路３は、上述したアバランシェトランジスタＱのベース駆動回路１、電界効果トランジスタＦＥＴ及びゲート駆動回路２とともに、制御手段を構成するもので、ベース駆動回路１とゲート駆動回路２を各別に制御するようにしている。
【００１６】
このような構成において、まず、パルス発生前は、制御回路３の指示により、ゲート駆動回路２より図２（ｂ）に示すように電界効果トランジスタＦＥＴをオンにするようなゲート信号が出力され、また、ベース駆動回路１より図２（ａ）に示すようにアバランシェトランジスタＱをオフにするような信号が出力されている。この場合、電界効果トランジスタＦＥＴのオンにより、コンデンサＣはバイアス電圧源Ｖｂにより充電され（図２（ｃ））、アバランシェトランジスタＱのコレクタ電極の電位Ｖｃは、ほぼバイアス電圧源Ｖｂと同じになっている。
【００１７】
この状態から、制御回路３の指示により、ベース駆動回路１よりアバランシェトランジスタＱのベース電極に対し、図２（ａ）に示すようなパルストリガ信号が出力されると、アバランシェトランジスタＱのコレクタ電極にはバイアス電圧源Ｖｂにより降伏電圧よりも高い電圧が印加されているので、アバランシェ降伏が発生する。これにより、コンデンサＣに充電された電荷が放電され（図２（ｃ））、アバランシェトランジスタＱのコレクタ・エミッタ電極間に急峻なパルス電流が流れる（図２（ｄ））。このパルス電流により半導体レーザＬＤは発光し、パルス出力を発生するパルス光源として動作する。
【００１８】
一方、ベース駆動回路１からのパルストリガ信号の発生と同時に、ゲート駆動回路２より電界効果トランジスタＦＥＴをオフにするゲート信号が出力される（図２（ｂ））。これにより、電界効果トランジスタＦＥＴが直ちにオフし、アバランシェトランジスタＱのコレクタ電極への電流供給源は、コンデンサＣに充電された電荷のみとなり、コンデンサＣの放電終了とともに半導体レーザＬＤへのパルス電流も停止する。
【００１９】
そして、このパルス電流の停止後、ベース駆動回路１からのパルストリガ信号終了のタイミングで、制御回路３の指示により、ゲート駆動回路２より図２（ｂ）に示すように電界効果トランジスタＦＥＴを再びオンさせるゲート信号が出力される。このとき、アバランシェトランジスタＱのコレクタ電位Ｖｃは、コンデンサＣの放電によりバイアス電圧源Ｖｂの電位よりも低い状態になっている。従って、電界効果トランジスタＦＥＴがオンすることにより、バイアス電圧源Ｖｂよりバイアス抵抗Ｒを介してコンデンサＣに充電電流が流れる。このバイアス抵抗ＲからコンデンサＣへの電流は、アバランシェトランジスタＱのべース信号がオフ状態であるので、アバランシェトランジスタＱ側に流れることなく、全てコンデンサＣに流れる。
【００２０】
その後、コンデンサＣの充電が完了すれば、制御回路３により上述の手順を繰り返すことにより、続けてパルス電流が発生し、半導体レーザＬＤをパルス光源として動作させることができる。
【００２１】
したがって、このようなパルス電源装置によれば、パルストリガ信号をアバランシェトランジスタＱのべース電極に出力し、アバランシェ降伏を開始させるのと同時に、電界効果トランジスタＦＥＴをオフにしてバイアス電圧源Ｖｂをオフにすることで、コンデンサＣに充電された電荷が、急峻なパルス電流としてアバランシェトランジスタＱのコレクタ・エミッタ電極間を流れ、半導体レーザＬＤをパルス光源として動作させることができる。そして、このパルス電流の出力後、つまりパルストリガ信号の終了のタイミングで電界効果トランジスタＦＥＴをオンにしてバイアス電圧源Ｖｂをオンにすると、この時点で、アバランシェ降伏が終了しているので、バイアス電圧源Ｖｂからの電流は、コレクタ電極に流入せず、全てコンデンサＣに流れるようになり、コンデンサＣを速やかに充電することができる。さらに、アバランシェ降伏にあるときは、電界効果トランジスタＦＥＴがオフになっていて、バイアス電圧源Ｖｂからの電流が遮断されているので、バイアス電圧源Ｖｂとコレクタ電極の間に接続されたバイアス抵抗Ｒの値を小さくしても、バイアス電圧源Ｖｂからコレクタ電極に流れる電流がなく、コンデンサＣの放電後に速やかにアバランシェ降伏から回復することもできる。つまり、このようにすることで、バイアス抵抗Ｒを従来よりも小さい値にしても、エミッタ・コレクタ電極間に不要な電流を生じず、しかも高速にコンデンサＣを充電することが可能となるので、より高い繰り返し周波数でパルスを発生することが可能となる。
【００２２】
ちなみに、従来では、上述したようにアバランシェトランジスタＱのオフ時にコレクタ・エミッタ電極間に流れる電流を可能な限り低く抑えるために、バイアス抵抗Ｒとして１０ｋΩ程度の値のものが用いられ、パルスの発生周波数は１０ｋＨｚから最大でも１００ｋＨｚ程度であったが、本発明では、バイアス抵抗Ｒとして数１００Ω程度の値のものを用いることが可能となり、パルスの発生周波数は、数１０ＭＨｚから１００ＭＨｚでの繰り返しが可能となった。
【００２３】
なお、上述した第１の実施の形態では、バイアス電圧源Ｖｂのオン、オフを行うスイッチとして電界効果トランジスタＦＥＴを使用したが、半導体スイッチや半導体リレーなど、スイッチング素子として使用できる他の素子に置き換えることが可能である。
【００２４】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００２５】
図３は、本発明の第２の実施の形態にかかるパルス電源装置の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００２６】
第１の実施の形態では、アバランシェトランジスタＱとバイアス電圧源Ｖｂの間に電界効果トランジスタＦＥＴを配置し、この電界効果トランジスタＦＥＴを用いてアバランシェトランジスタＱに印加するバイアス電圧をオン、オフするようにしたが、この第２の実施の形態では、アバランシェトランジスタＱのコレクタ電極にバイアス抵抗Ｒを介してバイアス電圧源４が接続されている。このバイアス電圧源４は、アバランシェトランジスタＱに印加するバイアス電圧を発生するとともに、制御回路３によりバイアス電圧を直接オン、オフ制御可能とし、上述の電界効果トランジスタＦＥＴによるスイッチング機能と同様な効果を持たせるようにしたものである。
【００２７】
このようにしても、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができ、加えて、電界効果トランジスタＦＥＴなどのスイッチング素子や、これのゲート駆動回路などを省略できるので、さらに小形で、構成の簡単なものを実現できる。
【００２８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【００２９】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるパルス電源装置の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の動作を説明するための信号波形図。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかるパルス電源装置の概略構成を示す図。
【図４】従来のパルス電源装置の概略構成を示す図。
【図５】従来のパルス電源装置の動作を説明するための信号波形図。
【図６】従来のパルス電源装置の動作を説明するための信号波形図。
【符号の説明】
【００３１】
Ｑ…アバランシェトランジスタ
Ｃ…コンデンサ
Ｒ…バイアス抵抗
Ｖｂ…バイアス電圧源
ＬＤ…半導体レーザ
ＦＥＴ…電界効果トランジスタ
Ｖｃ…コレクタ電位
１…ベース駆動回路
２…ゲート駆動回路
３…制御回路
４…バイアス電圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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