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フォトダイオードの原理を教えて下さい。フォトダイオードは光が当たると順方向に抵抗が小さくなると考えていいのでしょうか。

例えばDC12V、40mA程度で動作する小型リレーとフォトダイオードを直列に接続しDC12Vを印加した状態でフォトダイオードに光を当てると、リレーは動作するでしょうか。
フォトダイオードの単純な使い方などがあれば教えて下さい。

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A 回答 (2件)

フォトダイオードの原理は下記サイトを参照ください。


>例えばDC12V、40mA程度で動作する小型リレーとフォトダイオードを直列に接続しDC12Vを印加した状態でフォトダイオードに光を当てると、リレーは動作するでしょうか。
動作しません。
光量に反応するのですから、微弱な検出電流が発生するので、この電流を電圧などに変換増幅してリレーなどを駆動しなければ、直接の駆動はできません。
フォトダイオードの特性を発展したもので、太陽電池パネルがありますが、これならば何枚か接続すれば12Vの電圧を発生して小型リレーを駆動できます。

>フォトダイオードの単純な使い方などがあれば教えて下さい。
一番簡単なのは光量の変化を電流計で振らす照度計でしょうね。
CDS素子を使った照度計や露出計が既にありますが、
身近なところでは、TVのリモコンの受光部に使われて釦操作で遠隔操作が可能になっています。

フォトダイオード
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A9% …
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この回答へのお礼

KEN_2 様
回答ありがとうございました。
太陽電池パネルでよく判りました。

お礼日時:2011/02/11 10:34

通常は、光が当たるとキャリアが励起される。


キャリアが励起されることで、逆バイアス状態での電流が増える。
この電流を測定する。
という使い方が多いかと思います。
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この回答へのお礼

foobar 様
回答ありがとうございました。
リレーシーケンスで育った私には電子はちょっと難しいようです。

お礼日時:2011/02/11 10:30

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Qフォトダイオードの使い方

こんにちは。
既に同じような質問をしたのですが、先の質問で本来尋ねたかったことについて記述をできていなかったので、再度投稿させて頂きます。

規格で強度10mWとなっているレーザーダイオードの光強度を確認するために、浜松ホトニクスのS2281-04というフォトダイオードをSMファイバの直近に持って行って、発生した電流を4.7オームの負荷抵抗に流し、その負荷抵抗にかかっている電圧をロックインアンプ(NF回路の5610B)で測定しています。

測定した電圧と抵抗値から、オームの法則よりフォトダイオードからの電流値を計算し、受光感度より光強度を計算したところ、規格の10mWを大きく下回る5.9mWとなりました。

何故、このように測定値が小さくなってしまうのか。
測定の方法等が間違っているのでしょうが、原因がわかりません。

どうか、ご回答をよろしくお願いします。

Aベストアンサー

#1,2様と同じ意見ですが、
別の書き方をします。

フォトダイオード出力を測定するにあたり、「出力短絡電流は入射光量に比例する」および「出力開放電圧は入射光量の対数に比例す」という基本特性を頭に入れておかねばなりません。すなわち、負荷が短絡とも開放ともつかない半端なインピーダンスでは測定困難です。

通常は比例則の成立する出力短絡電流を測ります。この場合、負荷抵抗は充分に低くなければなりません。4.7Ωでは充分に低いとは言えないかもしれません。

従って、入力インピーダンスが充分に低い回路を使います。#2様の云われるI-V変換、即ち電流電圧変換回路を使います。OPアンプと抵抗一本があればできます。反転増幅回路の形式で、入力は抵抗なし、帰還抵抗に高抵抗を使うというやつです。もちろんOPアンプは入力バイアス電流の小さなFET入力タイプを使います。
この出力電圧を測ってください。今の結果とたいして変わらないことになるかも知れませんが、規格ぎりぎりぴったりで動作するデバイスも少ないし、測定系には自分でコントロールし切れていない誤差も多々ありますから(光伝達効率等等)、そんなものなのでしょう。

#1,2様と同じ意見ですが、
別の書き方をします。

フォトダイオード出力を測定するにあたり、「出力短絡電流は入射光量に比例する」および「出力開放電圧は入射光量の対数に比例す」という基本特性を頭に入れておかねばなりません。すなわち、負荷が短絡とも開放ともつかない半端なインピーダンスでは測定困難です。

通常は比例則の成立する出力短絡電流を測ります。この場合、負荷抵抗は充分に低くなければなりません。4.7Ωでは充分に低いとは言えないかもしれません。

従って、入力インピーダンスが充...続きを読む

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Qフォトダイオードはどのように使うものなのでしょう? ブレッドボードに取

フォトダイオードはどのように使うものなのでしょう? ブレッドボードに取り付けて使うものなのでしょうか? 素人質問ですいません

Aベストアンサー

A No.3です。

要は、幅1nsecの光を電気信号パルスに変換したい、ということですか?
フォトダイオードにバイアスをかけて、直列抵抗を設けその抵抗の両端の
波形を出力とすることで電気パルスは得られると思います。(A No.2の
方の回答の回路からR2とC2を取り除いた回路)

しかし、そのような細い電気パルスを扱うのが大変です。ちょっとした
リード線によりパルスは消滅してしまいます。(正確には波形が極端に
変形してしまう)CPUでもこのような細いパルスは検知できないのでは
ないでしょうか。

このレベルになると、ECLとかLVDSといった高速の論理素子が必要です。
(CMOSでも速いものはありますが、ピンキリです)

何らかの方法で、パルス幅を広げないと扱うのが大変でしょう。
光パルスのエネルギーが大きいならR1に並列にコンデンサをつないで
これでパルスストレッチャを作ることはできます。

いずれにしても専門知識が必要です。

それと、トリガ信号のようなものを途中に入れるというのがどうも
理解できません。トリガ信号とパルスをどうやって区別するのですか?

A No.3です。

要は、幅1nsecの光を電気信号パルスに変換したい、ということですか?
フォトダイオードにバイアスをかけて、直列抵抗を設けその抵抗の両端の
波形を出力とすることで電気パルスは得られると思います。(A No.2の
方の回答の回路からR2とC2を取り除いた回路)

しかし、そのような細い電気パルスを扱うのが大変です。ちょっとした
リード線によりパルスは消滅してしまいます。(正確には波形が極端に
変形してしまう)CPUでもこのような細いパルスは検知できないのでは
ないでしょうか。

このレベ...続きを読む

Qカットオフ周波数とは何ですか?

ウィキペディアに以下のように書いてました。

遮断周波数(しゃだんしゅうはすう)またはカットオフ周波数(英: Cutoff frequency)とは、物理学や電気工学におけるシステム応答の限界であり、それを超えると入力されたエネルギーは減衰したり反射したりする。典型例として次のような定義がある。
電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると(あるいは下回ると)回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
導波管で伝送可能な最低周波数(あるいは最大波長)。
遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。


ですがよくわかりません。
わかりやすく言うとどういったことなのですか?

Aベストアンサー

>電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると(あるいは下回ると)回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
>導波管で伝送可能な最低周波数(あるいは最大波長)。
>遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。

簡単にいうと、一口に「カットオフ周波数」と言っても分野によって意味が違う。
電子回路屋が「カットオフ周波数」と言うときと、導波管の設計屋さんが「カットオフ周波数」と言うとき
言葉こそ同じ「カットオフ周波数」でも、意味は違うって事です。



電子回路の遮断周波数の場合
-3dB はエネルギー量にして1/2である事を意味します。
つまり、-3dBなるカットオフ周波数とは

「エネルギーの半分以上が通過するといえる」

「エネルギーの半分以上が遮断されるといえる」
の境目です。

>カットオフ周波数は影響がないと考える周波数のことでよろしいでしょうか?
いいえ
例えば高い周波数を通すフィルタがあるとして、カットオフ周波数が1000Hzの場合
1010Hzだと51%通過
1000Hzだと50%通過
990Hzだと49%通過
というようなものをイメージすると解り易いかも。

>電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると(あるいは下回ると)回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
>導波管で伝送可能な最低周波数(あるいは最大波長)。
>遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。

簡単にいうと、一口に「カットオフ周波数」と言っても分野によって意味が違う。
電子回路屋が「カットオフ周波数」と言うときと、導波管の設計屋さんが「カットオフ周波数」と言うとき
言葉こそ同じ「カットオフ周波数」でも、意味は違うって事です...続きを読む

QCdsセルの動作原理について

フォトダイオードやフォトトランジスタ、Cdsセルについて調べているのですが、Cdsセルの動作原理がよく分からないのです。
もしよろしければ、このことについて詳しく説明してください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

CdSは半導体の一つです。
半導体とは、通常「伝導帯」には電子が無く「価電子帯」にのみ電子が存在します。
そのため、抵抗が大きいのです。
しかし、光が入ると電子は励起されて伝導帯にうつり、固体の中を自由に動き回れます。
これにより、電気抵抗値が下がるのです。

更に詳しい説明が欲しいのであれば参考URLをご覧下さい。

参考URL:http://um.phys.konan-u.ac.jp/edu/smcnbg.html#半導体と光の相互作用

Q同期発電機において、力率が小さいほうが(たとえば100%よりも80%)

同期発電機において、力率が小さいほうが(たとえば100%よりも80%)、電圧変動率が大きい理由を詳しく教えてくれませんか?

Aベストアンサー

同期発電機は等価的に内部の起電力と直列のインピーダンスで表すことが出来て、このインピーダンスがほぼリアクタンスになっています。
ここで、力率1の負荷をつなぐと、負荷電流による電圧降下(インピーダンス*電流)は発電機の内部電圧と90度の位相差になります。
で、ベクトル図を描いてみるとわかりますが、90度の位相差の電圧降下は端子電圧の大きさにはあまり影響しません。(電圧の位相には影響しますが。)
次に、無効電力成分(内部電圧に対して90度の位相差がある電流)だと、電圧降下は内部電圧と同位相になって、電圧の大きさに大きく影響します。
ということで、無効電流が端子電圧の大きさに大きく影響し、力率の低い負荷のほうが電圧変動率が大きくなります。

Qダイオードの用途

ダイオードの用途について教えてください。ダイオードは何かは分かっていますがどのような使用用途なのか教えてください。
整流用のダイオードとツェナーダイオードについてお願いします。

Aベストアンサー

整流用ダイオードはダイオードの順方向特性を利用して、交流を直流(脈流)に変換するために使用します。一番身近な物としてはACアダプターなどで、これはトランスとダイオード、平滑用コンデンサーだけで構成されたものが多いでしょう。最近では小型化や大容量化のためにトランスを用いないスイッチング方式の物も増えていますが、これらの機器でも、交流を直流に変換するのにはやはりダイオードを使用しています。ダイオードとは素子の名称で、整流器と言う意味でレティファイヤーと呼ぶ場合もあります。一般にPN接合型シリコンダイオードが用いられ、形状としては素子を単独でパッケージした物、2つの素子をアノードコモンまたはカソードコモンの状態でパッケージした物、4本の素子をブリッジ構成に接続してパッケージした物などがあります。整流用に使用する場合は以下の点に留意する必要があります。耐電圧は十分な余裕(2~3倍程度)を取る、尖頭電流(誘導負荷や平滑用コンデンサーなど)に対して十分な余裕を持つこと、大電力での使用では放熱にも留意が必要です。また、商用電源程度の周波数であれば問題ないのですがスイッチング電源等で使用する場合は、動作速度が高速なショットキーバリア型やファストリカバリー型を使用しないと正常に動作しないばかりか、破壊にもつながります。

ツェナーダイオードは逆方向に電圧を掛けて使用します。用途としては定電圧電源の基準電圧や回路の入力保護などに用いられています。ツェナーダイオードに逆方向の電圧を印加していくと、ある電圧(ツェナー電圧)で急激に電流が流れ始めます。通常のダイオードでも逆方向に電圧を掛けていけば、ある電圧に達したところで一気に電流が流れ始め(なだれ現象)ますが、これはダイオードの破壊を意味します。ツェナーダイオードでは素子の破壊なしにこの現象が利用できる点が他のダイオードと異なります。
一番単純な使用法はツェナーダイオードと抵抗だけで構成された定電圧回路ですが、ごく少容量の回路以外ではまず使用されません。これはツェナー電圧を超えた分の電圧は全て抵抗とツェナーダイオードで消費されることになり、大電流を流すことが不可能であり、また、回路の効率も低いものになってしまいます。そこで、トランジスタなどの他の能動素子とあわせて使用し、ツェナーダイオード自体は基準電圧の発生用に使用するのが一般的です。実際の使用にあたっては、ツェナーダイオードでの消費電力(ツェナーダイオードに流れる電流×ツェナー電圧)に対して十分な余裕を見ること、余裕が少ないとツェナーダイオード自体の発熱で、電圧が変化してしまいます。通常供給されている(手に入る)物は3V~60V程度の範囲なので必要に応じて分圧回路と併用し必要な電圧得る。ゲートICなどの入力保護に用いる場合ICの電源電圧を超えない範囲でスレッシュホールド電圧に十分な余裕を取ることなどです。

ダイオードにはこの他にも定電流ダイオード(ある負荷に対しての電圧が変化しても電流を一定に保つ、充電器や回路保護などに使用)や、バリキャップ(ダイオードに逆方向の電圧を掛けたときにPN接合層に生じる空乏層の大きさが変わるのを利用しコンデンサとして利用、FM変調等に利用)、発光ダイオード、PINフォトダイオード(光リモコンなどでおなじみ)、GUNダイオード(衛星放送の検波用としてアンテナに組み込まれています)、ゲルマニュームダイオード(シリコンダイオードに比べ低い電圧での動作が可能、シリコンダイオードでは0.6V(機種により異なる)以下ではどちらの方向にも電流が流れない)、などが有ります。また、ダイアック(双方向のツェナーダイオード)は交流回路でトライアックと組み合わせて調光器などに、整流用のダイオードに制御端子を付けた(内部的にはPNPNなどの4層構造)SCR(シリコンコントロールレティファイヤ、シリコン制御整流器)などもダイオードとは呼びませんが、電力制御用の整流器として用いられます。

整流用ダイオードはダイオードの順方向特性を利用して、交流を直流(脈流)に変換するために使用します。一番身近な物としてはACアダプターなどで、これはトランスとダイオード、平滑用コンデンサーだけで構成されたものが多いでしょう。最近では小型化や大容量化のためにトランスを用いないスイッチング方式の物も増えていますが、これらの機器でも、交流を直流に変換するのにはやはりダイオードを使用しています。ダイオードとは素子の名称で、整流器と言う意味でレティファイヤーと呼ぶ場合もあります。一般...続きを読む

QPhotoDiodeの受光感度及び量子効率の算出

PhtotoDiの受光感度〔A/W〕、及び量子効率の測定方法を教えてください。

現在、パワーメーターで光エネルギー〔W〕を求めた後に
それをパワーメーターの受光部面積で割って
放射照度〔W/m2〕を求めています。
一方光電流はPhotoDiodeの光電流の面積から
光電流〔A/m2〕を求めています。
従い受光感度〔A/W〕は、光電流/放射照度として求めています。
しかしこの方法で、量子効率を求めたところ
1.0を超えてしまいました。
何が間違えているのでしょうか?

ちなみに量子効率ηは
η= (Ip/e)/(P/hν)
Ip〔A/m2〕:e電子の電荷:P〔W/m2〕
で、計算しています。

Aベストアンサー

>Vr=3.3Vで測定しており
これは少し気になりますね。
逆電圧をかけているということですよね。
まあ、多分大丈夫だとは思いますが、、、(あまり電圧が高いと通常のフォトダイオードもアバランシェ効果はあるため)
抵抗をつなげてその電圧を読んでいるのですか?それであればそれが正確なのかどうか。
それとも逆電圧をかけた状態で電流計を挿入しているのであればまだましだと思いますが。

>また光源は660nmのLEDを使用しています。
それであれば特段には問題ないでしょう。

>放射照度はパワーメーターでWを測定し
>受光部面積1cm□で割ることで求めています
これ1cm□ということはアドバンテストのパワーメーターですかね。きちんと波長補正はしてあるんですよね?

>詳しく教えていただけませんか?
私が測定する場合に、簡易的な方法を採る場合には、

・光源はレンズでコリメートする
 このためLEDであれば先端がレンズになったモールドではなく平板窓タイプなどを選択。
(平行光でないと置いた位置により光量が変動しやすい)
・その光束をフォトダイオードやパワーメータの受光面積よりも狭い(直径で1/2程度がよいです)アパーチャで切り出す。
(面積きちんと同一にするため)
・アパーチャのすぐ後にパワーメータを置いて計測
・同じ位置にフォトダイオードを置いて計測

このときフォトダイオードは電流計を直接つけて順方向電流を測定します。

ただ上記の方法だとフォトダイオードの面積が小さいときには無理があります。
その場合には仕方ないので、フォトダイオードの面積はメーカーの有効面積をそのまま使い、アパーチャはセンサー全面に入るようにします。

本当はより正確に測定するには、積分球を使った方が正確です。このときにはパワーメータは全面が完全に有効というわけでもないから、パワーメータにはアパーチャを張り付けて正確な面積にします。フォトダイオードの方はメーカーの有効面積を使うか、面積が大きければ同じようにアパーチャで制限します。

あと思いつくのは単純な計算ミスとか。。。
単位を間違えているようなこともないですよね。

>Vr=3.3Vで測定しており
これは少し気になりますね。
逆電圧をかけているということですよね。
まあ、多分大丈夫だとは思いますが、、、(あまり電圧が高いと通常のフォトダイオードもアバランシェ効果はあるため)
抵抗をつなげてその電圧を読んでいるのですか?それであればそれが正確なのかどうか。
それとも逆電圧をかけた状態で電流計を挿入しているのであればまだましだと思いますが。

>また光源は660nmのLEDを使用しています。
それであれば特段には問題ないでしょう。

>放射照度はパワーメー...続きを読む

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Qフォトダイオードの受光感度の計算

 光については素人で、本など調べたのですが良く分かりませんのでお願いします。
 フォトダイオードの特性で受光感度というものがあり、単位は[A/W]です。出力電流[A]を入射光量[W]で割ったものですが、その入射光量の単位が[ルーメン]だとどのように出力電流を計算すればよいのでしょうか。[ルーメン]と[W]の関係が分かりません。
 電気の[W]ならば、電流×電圧ということになりますが、光ではどう計算するのでしょうか。
 ちなみに、感度0.65[A/W]のフォトダイオードで、受光面が1[平方センチメートル]のものに、1000[ルーメン]の光を当てる(抜けている条件があったらすみません)。

Aベストアンサー

結構面倒ですよ。
何をしたいのかでやり方は幾つかありますが、
1)フォトダイオード(PD)に入射する光源の波長分布を求める。
2)上の波長分布から比感度特性を考慮してルーメン→Wへの換算をする。
 (波長の関数のままで変換して下さい)
3)ルーメンからルックス(単位面積当たり)に変換する。
 (ここでも波長の関数のままです)
4)次にフォトダイオードもまた感度特性を持っているので(0.65A/Wはある特定の波長の時の筈です)、それに基づいて電流に換算する。
  このときには、全波長にわたって積分してしまって下さい。
以上です。
単色光の場合は波長の関数じゃなく単なる一つの値になるので簡単ですが、、
1,2,3はa-kumaさんのご紹介のURLが参考になるでしょう。


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