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電飾工作の基本 LEDの使い方 PART1 [電飾工作の基本]

不定期ではありますが、電飾工作に必要な電子部品や工具などの使い方などもちょこちょこ記事にしていこうかなと思います。まずはLEDを使うのに必要な基礎知識から始めます。


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~アノードとカソード~


LEDにはアノードとカソードというものがあって、アノードからカソードへ一定の電流を流すと光ります。アノードをプラスに、カソードをマイナスに繋げば光るということです。LEDの足は通常2本ですがアノードとカソードを見分けるための明確な違いがあります。


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~電流制限抵抗~


LEDのアノードとカソードを電源のプラスとマイナスにそれぞれ接続すれば光らせることが出来ますが、そのまま直接つないではいけません。過電流でLEDが壊れる可能性があります。


LEDに電気を流す時は電気抵抗を付けることで流れる電流を適切に制限してあげる必要があります。

下の写真は左がカーボン抵抗、中央が可変抵抗、右が表面実装用のチップ抵抗器です。カーボン抵抗は誰しもが見たことがあるでしょう。


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ただし例外がありまして、CR2032などのコイン電池は内部抵抗があるためにLEDの種類によってはそのまま繋いでも過電流にはなりません。LEDの足にコイン電池を足に挟んで点灯させている画像をよく見かけるのはそういうことです。

それでもVFの低い赤とかオレンジなどをコイン電池につなぐと過電流状態になるので、そんな時は同じLED(VFが同じLED)を並列に複数つないでやると電流が分散されて過電流ではなくなります。VF値の違うLEDを並列にするとVFの低いものに電流が偏るので注意。




~LEDのVF(順方向電圧)~


LEDには順方向電圧というものがあります。簡単に言うとこれはLEDを光らせるために必要な電気の強さ、勢いのことで、LEDが本気を出すのに必要な数値です。このVFは製品によって差があるもののLEDの色によってある程度の幅が決まっています。


VFは通販サイトなら各商品ごとに必ず表記がありますし、商品のパッケージにも書いてあります。下の写真だとVF1.8~2.0と書いてありますね。数値に幅があるのはLEDの個体ごとに若干のばらつきがあるからです。


実際にはこのVFよりも小さな電圧でも一応光ることは光ります。

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~IF(順方向電流)~


LEDのアノードからカソードへ流れる電流のことです。

データシートやパッケージに書いてあるIFは標準電流のことで、簡単に言えばこのIF以下の電流で使ってね!という意味です。多くのLEDは20mAですが高輝度のものだと30mAだったり、ハイパワーLEDだと数百mAだったりします。



~LEDに必要な抵抗値の計算~


抵抗値Ω = (電源電圧 - VF)÷ IF


電源電圧5VでVFが3.0、20mAを取り出したいなら


抵抗値Ω =(5 - 3)÷ 0.02


となるので上の式を計算すると結果は100Ωになります。IFが0.02なのは20mAは0.02Aだからです。


電源電圧3V、VF1.8の赤色LEDに5mAを流したければ、


抵抗値Ω = (3.0-1.8) ÷ 0.005


となり答えは240Ωとなります。ピッタリの抵抗がなければ120Ωを2個直列にするとか220Ωで妥協するとか、5.6mAのCRDを使うとかの選択になります。CRDに関してはまたいずれ記事にします。



電源5Vから順方向電圧(VF)3.0Vを引いたのはなぜでしょうか?

VFの数値はその分だけ電源電圧を降下させてしまうからです。LEDのせいで電気の強さがVF分だけ失われてしまうということです。ここではLEDに3.0Vの強さを取られてしまったので残った2.0Vから電流を引き出すことになります。




実際の電飾工作では手持ちの抵抗から電流値を決めることが多いので次の計算方法が実用的です。


(電源電圧 - VF)÷ 抵抗値 = 電流


電源5VでVF3.2の青色LEDに抵抗200Ωを繋いで使う場合、


(5V- 3.2V)÷ 200Ω = 0.009


上の式から9mAが流れることになります。



LEDを使う時は必ず電流制限をして標準電流以下で余裕を持って使うということは肝に銘じておきましょう。

一般的なLEDのIFは最大定格30mAのものが多いけど、実際に使う時は10mAもあれば十分に光るから20mAですら必要になる場面ってほとんどないですね。


生でつないではダメだよ。


今回はここまで。


 


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青い森のヨッチン

こうした解説記事は豆電球やムギ球世代には助かります。
電子ラモスさん電気工学の専門教育を受けられたのですか?
大変分かりやすい内容ですのでブログのサイドスペースに当該い記事へのリンクを常設で貼って頂けると皆さん便利かも・・・
MG誌の電飾特集号も持っていますがあれでさえ難解に思えてしまうほどの初心者です。
by 青い森のヨッチン (2019-06-08 23:26) 

電子ラモス

かなり勉強はしましたが、プラモの電飾工作は基礎的な知識と工作のコツさえつかめればアイデア次第で色々なことができるので全然難しくないと思います。

ブログのデザインも立ち上げた当初からほぼそのままで、ちゃんと整理しないといけないな~と思っていたところです。ちょうどいいので整理ついでにリンクを貼っておくことにします。
by 電子ラモス (2019-06-09 06:50) 

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