出産前後の痔にはご注意!

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。

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A 回答 (3件)

#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。
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この回答へのお礼

ご返事が遅くなって申し訳ありません。

仰られたとおり、FET入力タイプのオペアンプと抵抗を購入して回路を組み光強度を測定した所、規格通りの出力光強度を確認できました。

ありがとうございましたm(__)m

お礼日時:2013/01/17 00:02

フォトダイオードの出力は小さいので、I-V変換回路を使用するのが普通です。


http://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/backnumber/2 …

>規格で強度10mWとなっている
全てのディバイスが規格通りの出力を出すわけでは有りません。
動作条件が規格の条件と異なっていれば異なる値になっても不思議は有りません。

>規格の10mWを大きく下回る5.9mW
一桁違わないのですから“大きく”では無いですね。
レーザーダイオードにしろフォトダイオードにしろディバイスごとの性能のバラつきが有りますから、測定結果は十分に良い値と言えるでしょう。
規格通りの値を得るには、レーザーダイオードとフォトダイオードが規格通りの性能で動作している必要が有りますし、ファイバーとダイオードの結合が100%の効率である必要が有ります。

自作の回路の場合、標準の測定器と比較して校正する必要が有ります。
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この回答へのお礼

ご返事が遅くなって申し訳ありません。

ご指摘いただいたとおり、I=V変換回路を組んで測定した所、規格通り約10mWの出力光強度を確認することが出来ました。やはり私の実験では不備があったようです。

お答え頂き、ありがとうございました。

お礼日時:2013/01/17 00:05

全然詳しくないですが、乾電池でいう「内部抵抗」みたいなものがあって


流れる電流値によって生じる電圧降下を考慮してないから誤差になってるんではないかと。
電流が大きいほど電圧降下が大きく、抵抗器両端の電圧が小さく見えてると思われますが。

負荷抵抗が4.7Ωってかなり小さいですが、ここに期待通りの電流が流せるほど「発電能力」は
高いんですか?

>規格で強度10mW
私は詳しくないんで何の数値が全然想像もつかないんですが、
これでわかる人には充分なんですか?

電子部品の特性数値は沢山あって環境条件も関わったりするので
省略せずに示す方がいいです。
回答しようという人は、データシートにどう書かれてるか確認したく、すると
データシートを探し出す手間が生じます。
紛らわしいヒットがあれば取捨選択も必要です。

教えてほしいならそういう手間は予め省いておくのが礼儀ですらあると私は思いますけど
どうでしょう。
データシートのリンク先を示すだけで参照したい人の手間が激減するんですが。


前質問
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7888658.html
の方はお望みの回答を得られなかったのでしょうけど何の説明もなく閉じてますよね。
あちらの質問ページだけしか見てない人や回答者さんやは「失礼なやつ」と思うでしょう。

>ロックインアンプ(NF回路の5610B)
「NF回路」ってのは「ネガティブフィードバック回路」かと思い質問文が理解できませんでしたがもしや
測定機メーカー「(株)エヌエフ回路設計ブロック」の事ですか?常識?
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この回答へのお礼

ご返事が遅くなって申し訳ありません。

質問をするにあたって、資料を用意しないなど不躾な態度をとってしまい大変申し訳ありませんでした。

次回、もし質問をする機会があれば、今回ご指摘頂いたとおり、回答者の方に礼を欠くような質問の仕方をしないよう心がけたいと思います。

今回は、ご回答いただきありがとうございました。

お礼日時:2013/01/17 00:18

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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

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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。
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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。
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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フォトダイオードの使い方について

こんにちは。
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。

しかし、接続する負荷抵抗の大きさによって、測定した電圧より求められる光強度が大きく変わってしまいます。

例えば、4.7Ωの抵抗を用いた時には測定電圧は6.1mVとなり、これより求めた電流値を受光感度約0.2A/Wで割ると、光強度は5.9mWとなります。

一方、1.1kΩの抵抗を用いた時には測定電圧は267mVとなり、これより光強度を求めると1.1mWとなります。

何故そのようなことが起こってしまうのか、原因がわかりません。

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原因を考えるにあたって、上の質問の答えを知りたいのでよろしくお願いします。

Aベストアンサー

>その光源で測った場合だけ有効で、他の光源の場合はグラフの線に乗らないのでしょうか?

そのとおりです。

>それとも光源の種類に関係なく満たされるのでしょうか?
いいえ。

>市販の照度計でフォトダイオードの近くの照度を測って
照度計というのは人間の目で見たときの明るさを測定する目的であるため、人間の目の波長感度特性を考慮した数字が出るようになっています。
人間は緑が一番感度が高く、赤外線に対する感度は0です。

一方で現実の光源は幅広い波長帯域の光が出ており、その分布はまちまちです。

そこでダイオードをその光源で照射すると、ダイオードは人間の目とは異なる波長感度分布を持っていますので、当然照度計とは異なる出力が得られます。シリコンダイオードだと赤外にも感度がありますから、極端な話としては、赤外線ランプで可視光を遮断したものを用意すれば、照度計の数値は0なのに、フォトダイオードは出力が得られるということにもなります。

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で、計算しています。

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>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。

Aベストアンサー

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%E3%83%88%E3%83%80%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%89

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...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。

Qフォトダイオードの開放電圧

フォトダイオードに光を照射したとき、外部に流れる電流をI、暗電流(拡散電流)をId、光電流をIpとすると、

 I=Id-Ip
 Id=Is*exp{(eV/kT)-1} 、 Is:飽和暗電流

となり、開放電圧VocはI=0と置いて、上式からV=Vocとして、

 Voc=(kT/e)ln(1+Ip/Is)

が出ます。ここで、光を照射しない(Ip=0)のとき、Voc=0になります。
しかし、フォトダイオードのpn接合には内蔵電位や逆バイアスが印加されており、Voc=0にならない気がします。

おそらく上記の私の説明のどこかに欠陥があるのではないかと思いますが、何がおかしいのでしょうか?

Aベストアンサー

#1です
 Id=Is*exp{(eV/kT)-1} はフォトダイオードだけでなく、通常のダイオードでも使われる式なので、通常のダイオードとして話を始めると、
Vは内蔵電位は含みません。外から加えた電圧です。逆バイアスかもしれないし順バイアスかもしれないですが。

次にフォトダイオードになると、
Vはやはり外から加えた電圧です。しかし、自らの光起電力で発生して負荷に与える電圧も含まれます。要するに平衡状態からのズレの電圧です。外から端子間を見て観測される電圧と思えばよろしいです。

Qプルアップ抵抗値の決め方について

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調節していって電圧降下が0.9Vとなるように設定するのでしょうか。どうぞご助力お願いします。



以下、理解の補足です。
・理解その1
ふつう、こういう場合は抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が決まっていることが前提だと考えていました。V=IRを計算するためには、この変数のうち2つを知っていなければならないからです。
また、例えば5V/2Aの電源を使った場合、マイコン周りは電源ラインからの分岐が多いため、この抵抗に2A全てが流るわけではないことも理解しています。

電源ラインからは「使う電流」だけ引っ張るイメージだと理解しているのですが、その「使う電流」が分からないため抵抗値を決定できません。(ポート入力電流の最大定格はありますが…)


・理解その2
理解その1で書いたように、抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が必要だと理解しています。図2を例に説明します。Rの値を決めたいとします。
CD間の電圧降下が5Vであることと、回路全体を流れる電流が2Aであることから、キルヒホッフの法則より簡単にRの値とそれぞれの抵抗に流れる電流が分かります。今回の例もこれと同じように考えられないのでしょうか。

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
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抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

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Aベストアンサー

NO1です。

スイッチがONした時に抵抗に流れる電流というのは、最大入力電流や最大入力電圧
という仕様から読めば良いのでしょうか。
→おそらくマイコンの入力端子の電流はほとんど0なので気にしなくてよいと思われます。
入力電圧は5Vかけても問題ないかは確認必要です。

マイコンの入力電圧として0Vか5Vを入れたいのであれば、抵抗値は、NO3の方が
言われているとおり、ノイズに強くしたいかどうかで決めれば良いです。
あとは、スイッチがONした時の抵抗の許容電力を気にすれば良いです。
例えば、抵抗を10KΩとした場合、抵抗に流れる電流は5V/10kΩ=0.5mAで
抵抗で消費する電力は5V×0.5mA=0.0025Wです。
1/16Wの抵抗を使っても全く余裕があり問題ありません。
しかし、100Ωとかにしてしまうと、1/2Wなどもっと許容電力の大きい抵抗を
使用しなければいけません。
まあ大抵、NO3の方が書かれている範囲の中間の、10kΩ程度付けておけば
問題にはならないのでは?

Qフォトトランジスタの負荷抵抗の決め方について教えてください。

フォトトランジスタの負荷抵抗の決め方について教えてください。

コレクタ電流の定格を超えないようにするために一定以上の負荷抵抗を接続する必要があるようですが、
定格が20mAである

http://www.kodenshi.co.jp/products/pdf/opto/phototransistor/st-1cl3h.pdf#search='st1cl3h'

このトランジスタに9Vの電源を印加してコレクタから信号を取り出す場合、
電源とコレクタの間に接続する抵抗の値Rは、
R=9/(20×10^-3)=450Ω
この計算では最低でも450Ωあれば20mA以上の電流は流れず、トランジスタは壊れないと思うのですが、これで合っているでしょうか。

また実際回路を作るときは、このRに50kΩほどの可変抵抗を直列に接続し、適切な抵抗値を探ろうと思っています。

Aベストアンサー

>これで合っているでしょうか
合ってます。9V─PDのコレクタ・・・PDのエミッタ─450Ω─検出抵抗─GND という接続で、検出抵抗の両端の電圧を検出する方法ですね。これなら検出抵抗を0Ωにしても20mA以上の電流は流れません。

さらに慎重に設計するなら、PDの発熱もぜひ考慮してください。上のような接続で、電流検出抵抗を0にしたとき、PDの発熱量はコレクタ電流が10mAのとき最大(45mW)になります。データシートの「許容コレクタ損失/周囲温度」にあるように、周囲25℃未満では許容コレクタ損失が 75mW ですのでこの範囲内ですが、周囲温度が45℃を超えると許容コレクタ損失が 45mWを下回るので、これ以上の温度で動作させるときは、コレクタ電流が10mAを超えないようにする必要があります。電源電圧を Vcc [V]、PDのエミッタ─GND間の全抵抗値を R [Ω] としたとき、PDの発熱が最大となるのは、コレクタ電流が Vcc/(2*R) [A] のときで、そのときの発熱量は
   P [W] = Vcc^2 /(4*R)
になります。動作温度範囲内での許容コレクタ損失は15mW以上あるので、PDのエミッタ─GND間の全抵抗値が常に1.35kΩを超えているのならコレクタ損失許容範囲内になります。ただしその場合、3mA以上のフォト電流(2000ルックス以上)は検出できなくなります(抵抗の電圧降下が8.5V未満でないとPDが動作しないので)。

>これで合っているでしょうか
合ってます。9V─PDのコレクタ・・・PDのエミッタ─450Ω─検出抵抗─GND という接続で、検出抵抗の両端の電圧を検出する方法ですね。これなら検出抵抗を0Ωにしても20mA以上の電流は流れません。

さらに慎重に設計するなら、PDの発熱もぜひ考慮してください。上のような接続で、電流検出抵抗を0にしたとき、PDの発熱量はコレクタ電流が10mAのとき最大(45mW)になります。データシートの「許容コレクタ損失/周囲温度」にあるように、周囲25℃未満では許容コレクタ損失が 75mW ですのでこ...続きを読む

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。


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