技術資料 フォトICダイオードの特性と使い方 1 ［図1］分光感度特性 概要 (a) 赤外タイプ (①) フォトICダイオードは、 フォトダイオードから発生する光 (Typ. Ta=25 ˚C, VR=5 V) 1.0 電流を約1300倍 (または約30000倍)に増幅して出力する 0.8 フォトICです。 出力は電流出力であり、 逆バイアスをかけた 相対感度 フォトダイオードと同等に使用することができます。 フォトICダイオードは、 各種光量の検出に用いられます。 一例としては、 視感度に近い分光感度特性のタイプはテレ ビなどの輝度調整用の省エネセンサに使用されます。 0.6 0.4 0.2 特長 0 200 フォトICダイオードは、2端子デバイスでフォトダイオード 400 600 800 1000 1200 波長 (nm) と同じような使いやすさでありながら、 フォトトランジス並み KPICB0036JA の大きな電流出力をします。 また、良好なリニアリティ特性 (b) 視感度補正タイプ (②) をもっています。 表1に、 フォトICダイオードのラインアップを示します。分 (Typ. Ta=25 °C, VR=5 V) 1.0 0.9 2タイプを用意しています。 視感度補正タイプは、 視感度補 0.8 正フィルタなしで視感度に近い分光感度特性を実現して 0.7 います。 0.6 相対感度 光感度特性については、 赤外タイプと視感度補正タイプの 視感度 0.5 S9648-200SB 0.4 0.3 0.2 0.1 0 200 400 600 800 1000 1200 波長 (nm) KPICB0085JD ［表1］フォトICダイオードのラインアップ 製品 S7183 S7184 タイプ ① 赤外タイプ S9066-211SB パッケージ (プラスチック) レンズ付SIP 表面実装型 最大感度波長 (nm) 650 SIP 光電流 2856 K, 100 lx (mA) 1.0 0.18 0.19∼0.35 S9067-201CT 表面実装型 0.18∼0.34 S9648-200SB ヘッドオンタイプ (CdSセル5Rタイプと同じ形状) 0.18∼0.34 ② S10604-200CT S11153-01MT S11154-201CT 視感度補正タイプ 560 表面実装型 0.21∼0.39 表面実装型 ③ 表面実装型 0.325∼0.495 580 0.07∼0.15 1 ［図3］応用回路例 (②③) (c) 視感度補正タイプ (③) (Typ. Ta=25 ˚C, VR=5 V) 1.0 信号用 フォトダイオード 補正用 フォトダイオード 0.9 カソード 0.8 内部保護抵抗 (約150 Ω) 相対感度 0.7 0.6 0.5 0.4 破線内は フォトICダイオードの 概念図を示す S11154-201CT 逆バイアス電源 電流アンプ (約30000倍) 0.3 アノード 比視感度 0.2 CL 0.1 0 200 400 600 800 1000 Vout KPICC0091JC 1200 ［図4］光電流−照度 (S9648-200SB) 波長 (nm) (Typ. Ta=25 °C, VR=5 V, 2856 K) 10 mA KPICB0129JB 2 RL 1 mA 構成 イオードは、 フォトダイオードにて発生する光電流を電流 光電流 100 μA 図2は、 フォトICダイオードの応用回路例です。 フォトICダ 10 μA 増幅します。 1 μA ［図2］応用回路例 (①) 100 nA 0.1 カソード 破線内は フォトICダイオード の概念図を示す 内部保護 抵抗 (約150 Ω) 逆 バ イ ア ス 電 源 1 10 100 1000 照度 (lx) KPICB0083JD ［図5］暗電流−周囲温度 (S9648-200SB) (Typ. VR=5 V) 10 μA 電流 アンプ (約1300倍) 1 μA アノード CL Vout 100 nA RL KPICC0018JC 暗電流 信号用 フォトダイオード 10000 10 nA 1 nA 3 特性 フォトICダイオードの代表例S9648-200SBの特性につい て示します。 図3は視感度補正タイプの応用回路例です。 チップ上には2つの受光部があり、1つは信号検出用受 光部、 もう1つは近赤外域にのみ感度をもつ補正用受光部 になっています。各フォトダイオードで発生した光電流を ICチップ内部の演算回路で差し引くことにより近赤外域が カットされ、 ほぼ可視光域にのみ感度もった分光感度特性 が得られます。 この信号を電流アンプで増幅して出力しま す。 図4は光電流の直線性を示します。 照度が500 lxを超え ると、 直線性が低下する傾向があります。 2 100 pA 10 pA -50 -25 0 25 50 75 100 周囲温度 (˚C) KPICB0157JB ［図6］光電流−周囲温度 (S9648-200SB) ［図9］指向特性 (S9648-200SB) (Typ. Ta=25 °C, タングステンランプ) (Typ. VR=5 V, 2856 K, 100 lx, * 25 ˚C時を1とする) 1.8 1.6 30° 20° 30° 40° 50° 60° 60° 70° 70° 1.0 80° 0.8 80° 90° 100 80 0.6 60 40 20 0 20 40 60 90° 80 100 相対感度 (%) 0.4 KPICB0174JA 0.2 ［図10］外形寸法図 (S9648-200SB, 単位: mm) -25 0 25 50 75 受光部中心 受光部 0.46 × 0.32 100 ϕ5.0 ± 0.2 周囲温度 (˚C) KPICB0158JB ［図7］暗電流−逆電圧 (S9648-200SB) 0.13 0 -50 (Typ. Ta=25 ˚C) 0.75 ± 0.25 受光面 (4.3) 3.0 3.5 ± 0.3 1.5 max. 4.0 2.0 1.0 0 2 4 6 8 10 12 14 2.54 ± 0.5 (リード根元で規定) 逆電圧 (V) フィレット タイバー切断面 (バリ含む、メッキなし) アノード カソード リード表面処理: Snメッキ 梱包: ポリエチレン袋[帯電防止袋] 500個/袋 KPICB0159JA ［図8］上昇／下降時間−負荷抵抗 (S9648-200SB) 100 (2 ×) 1.0 max. 1.0 min. (2 ×) 0.5 (1.0) (2 ×) 1.0 max. 25.4 min. 5.0 0 10° 50° 1.2 光電流 (相対値*) 10° 0° 40° 1.4 暗電流 (nA) 20° (Typ. Ta=25 ˚C, VR=7.5 V, λ=560 nm, Vo=2.5 V) KPICA0057JD tr 上昇／下降時間 (ms) 10 1 tf 0.1 0.01 100 1k 10 k 100 k 1M 負荷抵抗 (Ω) KPICB0077JA ［表2］S9648-200SBの絶対最大定格 (Ta=25 ° C) 記号 定格値 単位 逆電圧 項目 VR -0.5 ∼ 12 V 光電流 IL 5 mA 順電流 IR 5 mA 動作温度 Topr -30 ∼ +80 ° C 保存温度 Tstg -40 ∼ +85 ° C 3 ［表3］S9648-200SBの電気的および光学的特性 (Ta=25 ° C) 項目 記号 条件 Min. 感度波長範囲 λ 最大感度波長 λp 暗電流 ID VR=5 V 光電流 IL VR=5 V, 2856 K, 100 lx 上昇時間* tr 下降時間* tf Typ. Max. 単位 320 ∼ 820 nm - 560 - nm - 1.0 50 nA 0.18 - 0.34 mA 10%∼90%, VR =7.5 V RL=10 kΩ, λ=560 nm - 6.0 - ms 90%∼10%, VR =7.5 V RL=10 kΩ, λ=560 nm - 2.5 - ms * 上昇／下降時間測定方法 λ=560 nm LEDを パルス駆動 2.5 V 90% VO 10% フォトICダイオード 0.1 μF Vout tr 7.5 V tf 負荷抵抗 RL KPICC0229JB ［図11］比視感度における積分値が同一となる色温度分布 ［図12］光源の色温度−出力 (Typ. Ta=25 ˚C) 1.0 (Typ. Ta=25 ˚C, 黒体放射束光源) 1.2 S11154-201CT 比視感度 光出力 (参考値) 0.8 相対感度 (2856 K時を1とする) 2856 K 0.6 0.4 5500 K 0.2 0 200 400 600 800 1000 1 0.6 0.4 0.2 0 2000 1200 S9648-200SB 0.8 3000 4000 5000 6000 7000 色温度 (K) 波長 (nm) KPICB0106JC 2856 Kにおいて人が見える照度 5500 Kにおいて人が見える照度 KPICB0105JA 4 使い方 図11は、 比視感度曲線 (人の目が光を感じる特性)と色 温度のスペクトルを示しています。 各色温度において人が フォトICダイオードは光電流を増幅して電流出力するた 見える照度が同一になるようにプロットしています。 センサ め、負荷抵抗を接続することで大きな出力電圧が得られ の分光感度特性は、比視感度曲線と一致していることが ます。 カソードには+電位が加わるように接続してください 望ましいわけですが、 実際にはズレがあります。 このズレが [図2, 図3]。高周波成分を除去することが必要な場合は、 色温度誤差出力を発生させます。赤外域の光出力を含む 負荷抵抗 (RL)と並列にローパスフィルタ用負荷容量 (CL) 白熱灯と、 ほとんど含まない蛍光灯が仮に同一の照度の を挿入することを推奨します。 この場合の遮断周波数(fc) 場合、赤外域に感度をもつセンサが検出した白熱灯と蛍 は式 (1)で表されます。 光灯の出力値は異なります。 S11154-201CTなどの視感度 補正タイプのフォトICダイオードは、外付けの視感度補正 フィルタを使用していませんが、 分光感度特性を比視感度 特性に近づけて色温度誤差出力を低減しています (図12 参照)。 4 fc = 1 ............ (1) 2πCLRL 図13の測定回路例における光電流−逆電圧特性 (光 源: LED)を図14に示します。 A光源換算の照度ごとに出力 曲線を表示しています。 出力曲線は、逆電圧 (立ち上がり 電圧)約0.7 Vから立ち上がります。 フォトICダイオードには、絶対最大定格を超えた電流 ［図14］光電流−逆電圧 (代表例) が流れた場合に内部回路を保護するために約150 Ω (± (Typ. Ta=25 °C) 5 1600 lx 20%)の保護抵抗が入っています。 フォトICダイオードの飽 和時の逆電圧 (VR)は、 Vbe(ON)と保護抵抗 (Rin)の電圧 4 光電流 (mA) 降下の和になります。 VR = Vbe(ON) + IL × Rin ............ (2) ［図13］測定回路例 IL RL (外部抵抗) 1380 lx 内部保護抵抗 Rin: 約150 Ω 飽和域 約1260 lx 1150 lx 3 880 lx 2 負荷線 Vcc=5 V, RL=1 kΩ 飽和域 約650 lx 600 lx 負荷線 Vcc=3 V, RL=1 kΩ 300 lx 1 0 Rin=150 Ω (保護抵抗) Vcc フォトIC ダイオード 0 1 2 3 4 5 逆電圧 (V) 立ち上がり電圧 Vbe(ON)≒0.7 V KPICB0107JC KPICC0128JC 外部抵抗の電圧降下により、 フォトICダイオードの逆電 圧 (V R)は式 (3)で表され、図14では負荷線として示され ています。 VR = Vcc - IL × RL ............ (3) 図14において、 出力曲線と負荷線の交点が飽和域であ り、 この点から検出可能な最大光量を指定することができ ます。電源電圧 (Vcc)、 負荷抵抗 (R L)により、最大光量が 決まりますので、使用条件に合わせて変更してください。 注) Vbe(ON)は約-2 mV/̊C、保護抵抗は約0.1%/̊Cの温度 特性をもっています。 本資料の記載内容は、平成27年8月現在のものです。 製品の仕様は、改良などのため予告なく変更することがあります。本資料は正確を期するため慎重に作成されたものですが、まれに誤記などに よる誤りがある場合があります。本製品を使用する際には、必ず納入仕様書をご用命の上、最新の仕様をご確認ください。 本製品の保証は、納入後1年以内に瑕疵が発見され、かつ弊社に通知された場合、本製品の修理または代品の納入を限度とします。ただし、 保証期間内であっても、天災および不適切な使用に起因する損害については、弊社はその責を負いません。 本資料の記載内容について、弊社の許諾なしに転載または複製することを禁じます。 www.hamamatsu.com 仙台営業所 筑波営業所 東京営業所 中部営業所 大阪営業所 西日本営業所 〒980-0011 〒305-0817 〒105-0001 〒430-8587 〒541-0052 〒812-0013 仙台市青葉区上杉1-6-11 (日本生命仙台勾当台ビル2階) 茨城県つくば市研究学園5-12-10 (研究学園スクウェアビル7階) 東京都港区虎ノ門3-8-21 (虎ノ門33森ビル5階) 浜松市中区砂山町325-6 (日本生命浜松駅前ビル4階) 大阪市中央区安土町2-3-13 (大阪国際ビル10階) 福岡市博多区博多駅東1-13-6 (竹山博多ビル5階) TEL TEL TEL TEL TEL TEL (022) 267-0121 (029) 848-5080 (03) 3436-0491 (053) 459-1112 (06) 6271-0441 (092) 482-0390 FAX (022) 267-0135 FAX (029) 855-1135 FAX (03) 3433-6997 FAX (053) 459-1114 FAX (06) 6271-0450 FAX (092) 482-0550 固体営業推進部 〒435-8558 浜松市東区市野町1126-1 TEL (053) 434-3311 FAX (053) 434-5184 Cat. 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