フォトトランジスタ

フォトトランジスタとは電子部品の一種。光を電気信号に変換する半導体素子。

概要[編集]

内部にフォトダイオードとトランジスタが入っており、それらが一つの部品になっているものである。

フォトダイオードの光電効果により流れた電流を、トランジスタが増幅するという仕組みである。

フォトダイオードでは数uA程度であるが、トランジスタにより数mAレベルまで増幅する。増幅により照度が低い場合でも、十分な出力が得られる。

なお、トランジスタで増幅しているため、フォトダイオードよりも応答速度は遅い。

照度により流れる電流量が変化するので、マイコンのGPIO(デジタルピン等)で読み取る場合には計算が必要である。（ただし、計算と異なる場合も少なくないため、調節用の可変抵抗等を入れると楽である）

トランジスタのベース端子が受光部になったようなもののため、基本的にはコレクタからエミッタに向かって電流が流れる。

今回は、コレクタにVcc（電源電圧）を接続し、エミッタに抵抗をつけた状態で考える。（つまりコレクタ接地回路のような形）

この時、必要になるデータはデジタル信号がどの領域でH/Lになるのかと、電源電圧(Vcc)、フォトトランジスタの光電流と暗電流である。

今回は、電源電圧:5V | デジタル信号 Hレベル 4V | Lレベル 1V | フォトトランジスタの光電流20uA | 暗電流100nAとして仮定して計算してみる。

実際にはバカくそ面倒な計算式もあると思うが、大体適当に値を代入すれば抵抗値を求めることができる。今回はデジタル信号のＨレベルが4Vであるから、目標電圧を4.5Vとしてみると、光電流20uA から 4.5V÷20uA = 225kΩとなる。

次に、先ほど求めた225kΩから暗電流 100nA として、出力電圧を確認する。 225kΩ × 100nA = 0.0225V = 22.5mV となる。

こんな具合に求めることができる。なんならまだ余裕がありそうなので、抵抗値を上げて、よりHレベルを高くすることも可能である。（実際には微調整しやすいように、200kΩの固定抵抗 + 100kΩの可変抵抗などが安価でよいだろう）

1つ50円くらいで秋葉原とかで手に入る
ちょっと前はCdSセルという光センサが一般的であったが、カドミウムが有害で危ないということで、企業などではフォトトランジスタやフォトダイオードに置き換わっているらしい（実際にRoHS指令の関係で2006年7月からEUに出荷する電子機器には使用できない）
日本だとJRCやローム、浜松ホトニクス、PARA LIGHTなどが電子工作によく使われている（というか秋月電子で扱っているメーカーがこれくらい）
きっとスマホとかにも入ってる（しらんけど）