LED点灯実験 part1 (抵抗器編)

DIY大作戦

 工作するにあたって必要かなと思うことをここに載せていこうと思います。
ただ文章が得意ではありません。 もし誤字脱字やおかしな表現また記述内容の間違いなどありましたらご指摘いただけると大変ありがたいですm(_ _)m

抵抗器編 CRD編 LM317編 番外編

LEDを光らせよう!!

  Part1抵抗器編

用意する!


LEDを光らせるために必要なもの えっこれだけ? そうこれだけです!

ただ↓これを見て下さい。
型番 規格 備考
青 φ3:青色LED(470nm)
サイズ  :φ3mm
色(波長) :青(470nm)
光度   :4500mcd/20mA
電圧   :3.5V
電流   :20mA(MAX)
指向特性 :30度
レンズ色 :無色透明
タイプ  :ストッパー無し
 

この青のLEDを光らせるためには3.5Vの電圧が必要なんです。

じゃあ 車は12Vだから大丈夫ジャン!※(実際の電圧は違うことが多いです

大丈夫といえば大丈夫なんですが
↓これを見て下さい。

電圧による電流特性

これはあるLEDに電圧をかけたときの電流の流れをグラフにしたものです。
このLEDは電流を20mAまで流せるのでそのときの電圧がおおよそ3.6Vですね。そこから±0.1Vでもずれてしまうと一気に電流が上下してしまいます。そしてLEDは20mA以上流すと壊れてしまいます。(MAX30mAや40mAというものや最近ではLuxeon K2など1500mAも流せるものもあります。)
ということで、LEDは 流せる電流  かけれる電圧 というものがとても重要だということがわかります。

じゃあどうすればいいの?

電源電圧とLEDにかけれる電圧(この例の場合3.5V)の差を抵抗器で調整します。方法はというと1度は耳にしたことのある オームの法則 を使って、抵抗値を導き出します。

電圧(E)=電流(I)×抵抗(R)

このLEDの場合
12(電源)−3.5(LED)=0.02(電流A)×抵抗

要するに 抵抗(Ω)=8.5(電圧差)÷0.02 = 425Ω
ということになり425Ωに近い430Ωの抵抗器を入れればオッケーということになります。
よくわからんし計算めんどくさーいって人はこれで計算してみてください。


電源電圧  V LED個数(直列) LED列数(並列)
LED電圧 V
LED以外の消費 V  整流用ダイオード(0.6V) CRD(4〜5V)など
流したい電流 mA  ※必ず1以上の数字を入れてください

     抵抗値 Ω  発光効率 LED消費電力W

【推奨】
抵抗器 W以上Ω
実電流 mA  抵抗器にかかる電力 W
LED 消費電力W    消費電力W
【参考】
抵抗器 W以上Ω
実電流 mA  抵抗器にかかる電力 W
LED 消費電力W    消費電力W
※ 小数点第3位以下は四捨五入してあります。
※ 【推奨】の抵抗器のW数は余裕を持たせてあります。(70%)

これを見て気付いた方するどいですね。
直列つなぎでは電圧がその分増え、並列つなぎでは電圧は同じだけど電流がその分増えるんですね。
先ほど大丈夫といえば大丈夫と言ったのは、もし車の電圧が実際測ってみたら14Vだったとすると、4個直列つなぎをすれば 3.5V×4=14V となるからです。
上の計算表で確認してみてください。0Ωとなったでしょ!?
※(後述しますが、実際にLEDにかかる電圧(順電圧)は定格値より低めになるため、ちょうど0Ωになったとしても、小さめの抵抗器を入れた方がいいです。)
※この計算は参考値です。絶対に安全という訳ではございません。自己責任でお願いします。



肝心の抵抗器ですが規格がありまして、必ずしも計算で出た値の抵抗器があるとは限りません。通常は余裕を見て、大きい側の抵抗器を使いましょう。(例 9÷0.02=450Ω →470Ω)
E24系(公称誤差±5%)
1.01.11.21.3
1.51.61.82.0
2.22.42.73.0
3.33.63.94.3
4.75.15.66.2
6.87.58.29.1
これの10〜106倍くらいまであります

抵抗器の見方
抵抗

この場合
10の位が黄色-----4
1の位が紫--------7
乗数が黒-------×100(=1)
公称誤差が金---±5%

ということは 47×1=47Ω
47Ω公称誤差±5%の抵抗器だと分かります。
抵抗値の見方
数値 乗数 公称誤差
0×100――
1×101±1%
2×102±2%
3×103――
4×104――
5×105±0.5%
6×106――
7×107――
8×108――
9 ――
 ×10-1±5%
 ×10-2±10%
色なし  ±20%


それではいよいよLEDを光らせてみましょう。

LED抵抗電池 用意したものは

赤LED φ5 MT-LS05015RC
電池  充電式ニッケル水素電池×2
抵抗器

です。
あとはあると便利なブレッドボードと電池ケースです。
はいここで質問です。
この抵抗器は何Ωでしょう?→



左の帯から
茶(1)、緑(5)、黒(×100)、金(±5%)
ということは
15×1=15Ωで公称誤差±5%の抵抗器です。
当たったかな?
電池が充電式のものなので1.2V
LEDが2.1Vで
(1.2×2−2.1)×0.02=15
という訳です。
抵抗

LEDを繋ぐ!


では繋いでみましょう。

と言われてもどうやって繋げばいいの?

LEDは発光ダイオードと言ってダイオードの仲間なんです。なので極性があって、足の長いほうがアノード、短いほうがカソードとなってます。
そんな事言われてもわかんない。
すいません。ごもっともです。下の図を見てください。
アノード、カソード
上が一応LEDのつもりです。
真ん中はダイオードの回路図記号です。
ダイオードを乾電池に例えてみました。乾電池の+極がカソード、−極がアノードと考えてください。乾電池を2本3本と繋ぐとき飛び出した+極を、飛び出ていない−極に繋ぎますよね。それと同じでダイオードも足の長いアノードと、足の短いカソードを繋ぎます。乾電池とダイオードを繋ぐときは飛び出した+極を、ダイオードの足の長いアノードに繋ぎます。
要するに、電源の+をアノードに繋げ、カソードを−に繋げれば良いのです。
という訳で、乾電池とLEDと抵抗器を繋げてみましょう。
光った



大成功!

かなり明るいです。
それぞれの値を測ってみましょう。

電流 <電流>
18.7mA
LED電圧 <LED電圧>
2.03V
抵抗値 <抵抗値>
16Ω
となりました。理想はあと1mA余分に流したいところですがまあ良しとしましょう。
と言うよりも良しとしなければならない理由があったりもします・・・



 LEDは効率よく電流を光に変えるといっても、現時点では効率が100%ではありません。残念ながら。なので、電流を流せば流すほど発熱してくるわけです。そして、LEDは熱を持つとわずかですが順電圧が下がる。という特性があるのです。

 でも図を見ると順電圧が下がったら電流も減ってるんじゃん?

 確かに。でもさっきやったオームの法則を使うと、逆に抵抗器にかかる電圧が上がってしまいます。と言うことは、電流がLEDにたくさん流れてしまう!と言うわけです。先ほど述べたとおり、LEDは電圧の変動がわずかでも大きく電流が上下してしまうのですね。では、実験してみましょう。


先ほどのLEDをドライヤーで暖めてみましょう。 暖めてみる



お〜電流が増えましたよ。
およそ10秒ドライヤーで暖めた結果です。
       <電流>
        19.5mA
 今回このような結果が出ましたが、LEDや抵抗器などの個体差によりばらつきがあります。20mAを超えてしまことも珍しくありません。LEDは定格電流を超えて電流を流し続けると極端に寿命が短くなることがありますので注意が必要です。

合成抵抗の求め方

 抵抗器を直列につないだ場合の抵抗値は、単純に抵抗値の合計
 R=R1+R2+R3+・・・
 Rは求めたい抵抗値、R1、R2、R3・・・は抵抗器です。

 になりますが、並列にした場合は少しややこしく
 1/R=1/R1+1/R2+1/R3+・・・
 となります。
 ┏ Ω
 ┣ Ω
━╋ Ω ╋━ Ω
 ┣ Ω
 ┗ Ω

つづく

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