フォトトランジスタの抵抗は何Ωにする？

0.9×電源÷最大の明るさでの最大の電流です。TEPT5700で1000luxまでなら3.6kΩです。

フォトトランジスタの足はどっちがプラス？

TEPT5700は短い足（C）が5V側、長い足（E）がGND側です。LEDと逆なのでデータシートで確かめます。

フォトトランジスタとフォトダイオードの違いは？

フォトトランジスタは電流が約10倍大きく、フォトダイオードは反応が速く明るさにきれいに比例します。

フォトダイオードはなぜ逆向きにつなぐ？

逆向きに電圧をかけると、光の強さに比例した電流がきれいに流れ、反応も速くなるからです。

フォトトランジスタで明るさ（lux）を正確に測れる？

感度に約4.6倍の個体差があるので、照度計で1台ずつ合わせ込めば目安として測れます。

フォトインタラプタのプルアップは何Ω？

TCST2103でLEDが約19mAなら、2.45kΩ以上ならLになります。10kΩで約4倍の余裕です。

フォトトランジスタとフォトダイオードの使い方｜光をマイコンで読む

※本記事にはプロモーション（広告）が含まれています。

フォトトランジスタとフォトダイオードは、光が当たると電流が流れる部品で、マイコンの ADC で読むには抵抗を通して電圧に変えます（電圧＝光の電流×抵抗）。抵抗の決め方は3ステップ、CdS を含めた違いは3つの違いの節へ。

部屋が暗くなったら明かりをつける、回転する板の穴を数える、紙があるかを見る。こうした「光で何かを知る」回路の入口が、フォトトランジスタとフォトダイオードです。

この記事では、実在する部品のデータシートの数字を使って、回路と抵抗の決め方を、中学の理科（オームの法則）だけでわかるように説明します。

この記事で作るもの：光の強さをA0の電圧にする回路

5V → フォトトランジスタ → 抵抗 3.6kΩ → GND とつなぎ、フォトトランジスタと抵抗のあいだの電圧をマイコンの A0 で読みます。部屋の明かり（約300lux）で約0.8V、1000lux で約2.7V（typ）です。

明るさ	流れる電流（typ）	A0 の電圧	読み（5V 基準）
10lux	7.5µA	0.03V	5
100lux	75.0µA	0.27V	55
300lux	225.0µA	0.81V	165
1000lux	750.0µA	2.70V	552

例は Vishay の TEPT5700 という、人の目に近い色の光に反応するフォトトランジスタです。マイコンは電源 5V・ADC が 10ビット（0〜1023）の場合で、Arduino Uno がこの組み合わせです。

回路は部品2つだけです。むずかしいのは「抵抗を何Ωにするか」で、この記事の中心はそこです。

つまり、作るのは「フォトトランジスタ＋抵抗1本」の回路。抵抗の値で、測れる明るさの範囲が決まります。

しくみ：光が当たると電流が流れ、抵抗で電圧になる

光が当たると、フォトトランジスタに光の強さに応じた電流が流れます。その電流が抵抗を通ると、抵抗の両はしに「電流×抵抗」の電圧が出ます。100lux なら 75µA × 3.6kΩ ＝ 0.27V です。

フォトトランジスタは、光を受ける窓のついたトランジスタです。ふつうのトランジスタはベースに電流を流して ON にしますが、フォトトランジスタは光がベースの代わりをします。光が強いほど、コレクタ（C）からエミッタ（E）へ大きな電流が流れます。

真っ暗だと、流れる電流は暗電流だけです。TEPT5700 の暗電流は最大でも 50nA（0.00005mA）なので、抵抗の電圧は 0.2mV 以下で、ほぼ 0V です。

光で電気が流れる現象そのもの（光電効果）は、別の記事で図解しています。

つまり、光 → 電流 → 抵抗で電圧、の順に変わります。マイコンが読むのは最後の電圧です。

足の見分け方：フォトトランジスタは長い足がE

TEPT5700 は、長い足がエミッタ（E）、短い足がコレクタ（C）です。LED は長い足がプラス（アノード）なので、つなぐ向きの感覚が逆になります。

つまり、フォトトランジスタは「長い足を GND 側」。LED と逆だと覚えます。

負荷抵抗の決め方：3ステップ

抵抗 RL は、①測りたい最大の明るさを決め、②その明るさでの最大の電流を出し、③ RL＝0.9×5V÷最大の電流で計算して E24 の小さい側へ丸めます。1000lux なら 3.75kΩ → 3.6kΩ です。

「0.9」は、いちばん明るいときでも電源の 9 割で止めるための余裕です。電圧が電源に近づくと、フォトトランジスタの C と E のあいだに電圧が残らなくなり、それ以上は上がらなくなります（頭打ち）。

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代表値（typ）の 0.75µA/lux だけで計算すると 5.6kΩ になります。ところが感度の高い個体だと、約714lux で頭打ちになり、1000lux まで測れません。だから STEP 2 では最大の電流を使います。

つまり、抵抗は「いちばん感度の高い個体」でも頭打ちしない値にします。丸めは小さい側です。

抵抗の大きさで、測れる明るさの範囲が変わる

抵抗が大きいほど、暗い所でも大きな電圧が出ます。そのかわり、早く頭打ちになります。測りたい明るさの範囲に合わせて選びます。

抵抗 RL	10lux	100lux	1000lux	頭打ちの明るさ（typ）
1kΩ	0.007V	0.07V	0.75V	約6,400lux
3.6kΩ	0.027V	0.27V	2.70V	約1,778lux
10kΩ	0.075V	0.75V	4.80V	約640lux
47kΩ	0.352V	3.52V	4.80V	約136lux

1kΩ では 1000lux でも 0.75V しか出ず、暗い所の変化はほとんど読めません。47kΩ では 10lux でも 0.35V 出ますが、136lux で頭打ちになり、部屋の明かりの違いが見分けられません。

表とグラフは、TEPT5700 の代表値で「電流は明るさに比例する」として計算したイメージです。データシートのグラフ（明るさと電流）は、両対数でほぼまっすぐなので、比例として目安にできます。

つまり、暗い所を見たいなら大きく、明るい所まで測りたいなら小さく。部屋の明かり〜1000lux なら 3.6kΩ です。

計算例：3.6kΩのとき、読みから明るさに直す

A0 の読みから、電圧＝読み×5÷1024、明るさ＝電圧÷(3.6kΩ×0.75µA) で直せます。読み 400 なら 1.95V で、約723lux（typ）です。

5V 基準の ADC の1段は 4.9mV で、3.6kΩ では約1.8lux に当たります。10lux 前後の暗い所を細かく見たいなら、抵抗を大きくするか、内部 1.1V の基準電圧で読みます。

読みが毎回少しずつゆれるときは、何回か読んで平均します。Arduino なら次のように書けます（例）。

long sum = 0;
for (int i = 0; i < 16; i++) sum += analogRead(A0);   // 16回読んで
float v = sum / 16.0 * 5.0 / 1024.0;                    // 平均 → 電圧
float lux = v / (3600.0 * 0.75e-6);                      // 電圧 → 明るさ（typ の係数）

つまり、読み → 電圧 → 電流 → 明るさの3つの割り算です。ただし、最後の係数は個体で変わります（次の節）。

同じ型番でも感度は4.6倍ちがう：ランクと合わせ込み

TEPT5700 は感度でランク A・B・C に分けて出荷され、20lux の電流は 5.2〜24µA と 4.6 倍の幅があります。同じ読み 400 でも、明るさは約452〜2087lux とちがって見えます。

ランク	20lux の電流	読み 400 のときの明るさ（目安）
A（低い）	5.2〜9.9µA	多めに出る
B	8.2〜15.4µA	その間
C（高い）	12.7〜24µA	少なめに出る

データシートによると、1つの袋には1つのランクだけが入りますが、どのランクかは指定できません。量産では、ランクが混ざる前提で設計します。

明るさの値（lux）が必要なときは、照度計と同じ場所に置いて読み、「lux＝係数×電圧」の係数を1台ずつ決めます（合わせ込み）。「暗い・明るい」を判定するだけなら、しきい値に余裕をとれば合わせ込みなしでも使えます。

しきい値の近くで ON・OFF がバタつくときは、上げるときと下げるときでしきい値を変える（ヒステリシス）と落ち着きます。

つまり、抵抗は最大の個体で決め、明るさの値は照度計で合わせ込む。判定だけなら余裕をとれば十分です。

フォトダイオードの使い方：逆向きにつないで抵抗で電圧に

フォトダイオードは、カソード（K）を 5V、アノード（A）を抵抗で GND につなぎ（逆向き）、アノードの電圧を読みます。BPW34 は 1000lux で 75µA と、フォトトランジスタの約1/10 なので、抵抗は 47kΩ と大きめになります。

フォトダイオードは、ふつうのダイオードと同じ記号に光の矢印がついたものです。電流を流さない向き（逆向き）に電圧をかけて使うと、光の強さにきれいに比例した電流が流れます。

暗電流は、ダイオードのリーク電流と同じものです。BPW34 は最大 30nA で、温度が上がると増えます。

電流が小さいので、抵抗をさらに大きくしたくなりますが、抵抗が大きいほど反応が遅くなり、ノイズも拾いやすくなります。もっと小さな光を測るときは、オペアンプで電流を電圧に変える回路（電流電圧変換）を使います。

つまり、フォトダイオードは「逆向き＋大きめの抵抗」。電流は小さいけれど、明るさにきれいに比例します。

速さを比べる：フォトダイオードが速く、CdSは遅い

反応の速さは、フォトダイオード（0.1µs ほど）、フォトトランジスタ（10µs ほど）、CdS（20〜30ms）の順です。BPW34 に 47kΩ をつなぐと、抵抗×素子の容量で約1.2µs かかります。

部品	反応の時間（目安）	条件・出典
BPW34（フォトダイオード）	0.1µs	上昇・下降 100ns、VR 10V・RL 1kΩ
BPW34 ＋ 47kΩ	約1.2〜3.3µs	47kΩ×25pF（3V）〜70pF（0V）の計算
TCST2103（フォトトランジスタ）	10µs	ton 10µs・toff 8µs、RL 100Ω
GL5528（CdS）	20〜30ms	明るくなるとき 20ms・暗くなるとき 30ms

フォトトランジスタは、中で電流を増やすぶん、反応が遅くなります。さらに抵抗を大きくすると、もっと遅くなります。明るさを見るだけなら気にしなくてよい速さですが、光で信号を送る通信や、速く回る板の穴を数えるときに効いてきます。

抵抗と容量で時間が決まる考え方は、RC の時定数と同じです（計算は連載の RC の記事）。

つまり、明るさならどれでも足りる速さ。速い光の信号ならフォトダイオード、CdS は明暗の判定だけ。

フォトトランジスタ・フォトダイオード・CdSの違い

迷ったら、明るさを見る・ON/OFF にはフォトトランジスタ、速い信号・正確な測定にはフォトダイオード、手軽な明暗の判定には CdS です。

	フォトトランジスタ	フォトダイオード	CdS
感度（100lux）	75µA（大きい）	7.5µA	抵抗が変わる（10lux で 10〜20kΩ）
速さ	数µs〜	0.1µs〜（速い）	20〜30ms（遅い）
明るさとの関係	ほぼ比例	比例（よい）	比例しない（γ0.6）
よく感じる光	570nm（目に近い）	900nm（赤外まで）	540nm
回路	抵抗1本（電流→電圧）	逆向き＋抵抗	固定抵抗と分圧
例の品種	TEPT5700	BPW34	GL5528

CdS は抵抗が変わる部品なので、固定抵抗と分圧して読みます。くわしくはセンサの電圧を読む記事で説明しています。CdS はカドミウムを含み、EU の RoHS 指令で使用が制限される物質なので、売る製品にはフォトトランジスタや照度センサ IC が選ばれることが多いです。

BPW34 は赤外線までよく感じるので、目で見た明るさとずれることがあります。人の目に近い明るさを測りたいなら、TEPT5700 のように「人の目に合わせた」と書かれた品を選びます。

つまり、感度・速さ・比例・色の4つで選びます。

フォトインタラプタ：LEDと受光素子が1つになった部品

フォトインタラプタは、赤外線 LED とフォトトランジスタを1つにした部品です。透過型はすき間を物が通ると光が切れ、反射型は前に物があると光がはね返ってきます。

	透過型	反射型
例	TCST2103（すき間 3.1mm）	TCRT5000（いちばん強く返る距離 2.5mm）
わかること	すき間を物が通ったか	前に物があるか・白か黒か
使い道	回転数・原点・紙の有無	黒い線をたどる・物の有無

どちらも、外の光を減らすフィルタがついていて、LED の赤外線だけに反応しやすくなっています。

LED と受光素子を向かい合わせて1つにした部品には、フォトカプラもあります。フォトカプラは、電気を光で伝えて回路どうしを絶縁するための部品で、光が外に出ないように閉じられています。

つまり、物の有無を光で見るならフォトインタラプタ。すき間を通るなら透過型、前にあるかなら反射型です。

透過型の回路：LEDに200Ω、受光側は10kΩでプルアップ

LED 側は 5V → 200Ω → LED → GND、受光側は 5V → 10kΩ → C、E → GND とつなぎ、C の電圧をマイコンの D2 で読みます。光が通ると L、板がさえぎると H です。

プルアップがないと、受光側が OFF のとき D2 の電圧が決まらず（浮いた状態）、読みがふらつきます。

LED の抵抗の計算は、ふつうの LED と同じです。赤外線 LED は目に見えないので、点いているかはスマホのカメラで見ると確かめやすいです（機種によっては見えません）。

つまり、LED には電流を決める抵抗、受光側にはプルアップの抵抗。2本の抵抗で動きます。

透過型の計算：LEDの抵抗とプルアップの抵抗

LED の抵抗は (5−1.25)÷20mA＝187.5Ω → 200Ω。受光側の電流は最小でも CTR 10% で 1.88mA なので、プルアップは 2.45kΩ 以上あれば L になり、10kΩ なら約4倍の余裕です。

VF の 1.25V は、データシートに書かれた 60mA のときの値です。20mA では VF が少し下がるので、電流は計算より少し増えますが、最大 60mA には十分届きません。

反射型（TCRT5000）も同じ考え方で、LED は 10mA なら (5−1.25)÷10mA＝375Ω → 390Ω です。ただし、受光側の電流（最小 0.5mA）は鏡を 12mm に置いたときの値で、紙ではずっと小さくなります。反射型は A0 でアナログに読み、実物でしきい値を決めると調整しやすいです。

つまり、プルアップは「最小の電流でも L になる」値より大きく。10kΩ から試し、速さが足りなければ小さくします。

早見表：光センサの回路と抵抗（5V）

答えだけ欲しい人向けの表です。抵抗の考え方は、どれも「電流×抵抗＝電圧」です。

部品	例	抵抗	出力
フォトトランジスタ	TEPT5700	E 側に 3.6kΩ（1000lux まで）	1000lux で 2.7V（typ）
フォトダイオード	BPW34	アノード側に 47kΩ（1000lux まで）	1000lux で 3.5V（typ）
透過型フォトインタラプタ	TCST2103	LED 200Ω・プルアップ 10kΩ	通る L／さえぎる H
反射型フォトインタラプタ	TCRT5000	LED 390Ω・10kΩ	近いほど L に近づく（A0 で読む）

つまり、測りたい明るさが変われば、RL も変わります。式に入れ直して決めます。

ブレッドボードの配線：フォトトランジスタをA0へ

フォトトランジスタの短い足（C）の列を 5V へ、長い足（E）の列から 3.6kΩ を GND レールへつなぎ、同じ E の列からマイコンの A0 へ線を引きます。

光センサは、まわりの照明の影響を強く受けます。窓の光や照明の真下など、置く場所で値が大きく変わるので、使う場所で確かめます。

つまり、E の列に「抵抗」と「A0」の2本、C の列に「5V」の1本です。

よくある失敗4つ：光センサの回路

E と C を逆に差す・抵抗が大きすぎて頭打ち・照明のちらつきを拾う・反射型のデータシートの数字をそのまま使う、の4つがよくある失敗です。

1. E と C を逆に差す

LED と同じつもりで長い足を 5V に差すと、光を当ててもほとんど電圧が出ません。長い足（E）を GND 側へ差し直します。

2. 抵抗が大きすぎる

明るい所で A0 が 4.8V 近くに張りつき、明るさが変わっても同じ値になります。最大の明るさでの最大の電流で、RL を決め直します。

3. 照明のちらつきを拾う

室内の照明には、電源の周波数の2倍（100Hz・120Hz）で明るさがゆれるものがあります。1回だけ読むと値がばらつくので、何回か読んで平均します。

4. 反射型の数字をそのまま信じる

TCRT5000 のデータシートの電流は、鏡を 12mm に置いたときの値です。紙や布ではずっと小さくなるので、実物で読みを測ってしきい値を決めます。

つまり、向き・抵抗・平均・実物での確認の4つを、組む前と組んだ後に見直します。

テスターで確かめる：A0の電圧が光で動くか

最低限、①手でおおうと A0 が 0V 近くになるか、②ライトを近づけると電圧が上がるか、をテスターで確かめます。

最低限ここだけ

余裕があれば

部屋の明かりで 0.3〜1V くらいか（3.6kΩ・typ の目安）、テスターの電圧と「読み×5÷1024」が同じかを比べます。明るさの値が要るなら、照度計と並べて係数を決めます。

つまり、「暗い → 0V、明るい → 上がる」が見えれば、回路は正しく動いています。

フォトトランジスタ	光が当たると電流が流れるトランジスタ。足は2本（C と E）
フォトダイオード	光が当たると電流が流れるダイオード。電流は小さいが反応が速い
lux（ルクス）	明るさの単位。部屋の明かりで数百lux ほど
負荷抵抗 RL	光の電流を電圧に変えるために入れる抵抗
暗電流	真っ暗でも少しだけ流れてしまう電流
頭打ち（飽和）	電圧が電源近くで止まり、明るくなっても上がらない状態
フォトインタラプタ	赤外線 LED と受光素子が1つになった、物の有無を見る部品
CTR	受光側の電流 ÷ LED の電流。光がどれだけ伝わるかの割合
typ・min・max	データシートの代表値・最小値・最大値