フォトダイオードとは?使い方と動作原理

フォトダイオード

フォトダイオードとは、PN接合ダイオードの逆バイアス電流が光照射によって変化することを利用した光センサ素子の一つです。

フォトダイオードの用途は、光学ディスクのピックアップ、テレビなどのリモコン、照度計などがあります。

フォトダイオードの回路記号と等価回路

フォトダイオードの回路記号と等価回路

コンデンサが空乏層容量、電流:ILは光電流を表します。

フォトダイオードの原理と仕組み

フォトダイオードも通常のダイオードと同様、PN接合で構成されています。

PN接合部付近では電子と正孔が打ち消しあってキャリアの無い領域、「空乏層」ができます。
空乏層のN型半導体側は+に帯電し、P型半導体側は-に帯電するため内部電界が発生します。

PN接合

空乏層に光が照射されると、電子と正孔が発生します。
電子はN型半導体側へ、正孔はP型半導体側に移動するため、カソード側からアノード側へ電流が流れることになります。

この時流れる電流を光電流と呼びます。

フォトダイオードの構造

フォトダイオードの特性

フォトダイオードの電流-電圧特性を下図に示します。

フォトダイオードの特性

順方向に電圧をかけた場合(図のプラス側)、通常のダイオードと同様、アノードからカソードへ電流が流れます。

逆バイアス時(図のマイナス側)は、光を照射していない暗状態だと電流はほとんど流れません。
そして、逆耐圧を超えるとブレイクダウンし、一気に電流が流れます。

逆バイアス状態で光を照射すると、逆方向電流(光電流)が流れます。
逆バイアス電圧による光電流の変化は小さいのが特徴です。

光電流の値は、照射する光の強さにほぼ比例します。

CdSセルとの違い

CdSセルは、硫化カドミウムを使用した光センサの一つです。
CdSセルは、照射する光の強さによって抵抗値が変わる素子で、光の量が多いほど抵抗値が下がります。

フォトダイオードは光の強さにより電流が変わるので、電流源と見なせます。
一方でCdSは抵抗として振る舞うというのが大きな違いになります。

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