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シアトル生活はじめました

20年以上すんだ東海岸から西海岸に引っ越してきました。MicrosoftのUniversal Storeで働いてます。

LEDをもう二度と爆発させないためにも・・・

テクノロジー 電子工作

4年ぐらい前に、1個の赤色LEDに9Vの電池を繋いだ。

繋いだ瞬間「バンッ!」っと音を立てて爆発してしまって怖い思いをした。全然知識がなかった上、とにかく繋げば点くだろぐらいの気持ちでやったらそうなったわけで、今考えると無謀もいいとこ・・・

でも今はなぜそうなったのか、分かるようになってきた。

爆発の原因は、プラスとマイナスを逆に繋いで壊れたか、普通に繋いだけどLED1個に9Vがそのまま流れて壊れたか、のどちらか。

LEDって、いろんなプロジェクトに使われてるし、LEDそのものもいろんな種類が出ていて面白そうなのが作れる。学習投資リターンは高いと思うんで集中して勉強を始めてみようと思う。

LEDプロジェクトで検索するといろいろ出てくるけど、このページ 30 LED Projects が気に入ってる。まだ読み始めたとこだけど、最初の方の、電源電圧を3V, 9V, 12V、そして電流を6mA, 15mA, 31mA(明るさ)、と変えた場合のそれぞれのケースで、抵抗の値をを変えるというくだり、あぁなるほどそういうことか~って納得した。

以下、自分の理解の確認。

まずは赤色LEDを1個から

ある原理を理解するために、できるだけ単純なモデルをいろんな角度から見る、というのが私の学習スタイルなんで、とりあえず赤色LEDを一つ光らせる回路を作る。

私の買った赤色LEDは

1.8~2.2V, 2V Typ, 24mA, 13000 mcd

とあった。要はイイ感じに光らすには2Vが流れて、電流が24mAになるようにする。ということ(13000は明るさを示すミリカンデラというものらしい。今回は深追いしない)。

つかう電源は9Vなので、「9Vの電源で、LED1個に2Vで24mA流れるようにするには何オームの抵抗を入れたらいいのか?」という質問の答えが必要になる。

この答えはネットでみつけたこのページで簡単にわかった。

diy.tommy-bright.com

 こんな感じで、9、2、24と打ち込んで「抵抗値」のボタンを押したら・・・

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 「291.67オーム」が必要ですよ、っと教えてくれた。

大体300オームぐらい?

だけど、問題がある。うちに今ある抵抗を調べてみたら220オームは大量にあるんだけど、あとは1kオームとか10kオームとか、大き目のしかない。300オーム必要なところに220オームは足りないし、かといって220オームを直列つなぎにすると440オームで大きすぎる

ここで、オームの法則を勉強していたときの「合成抵抗」のことを思いだした。あの、逆数のオンパレードのやつ(「抵抗の逆数」というスターウォーズっぽい題名を思いついたw)

220オームの抵抗を二つ、並列つなぎにした合成抵抗は簡単な220x220 / 220+220 で出せる。答えは110。

ということは220を二つ並列させ、それにもうひとつ220を繋げば330オーム。ちょっと多めだけどとりあえずは行けると思う。

ということでブレッドボードで試してみた。

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ちゃんと光ってるよ♪

見やすいように、消した状態の時。

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220オームの抵抗三つでちゃんと330オームになっているか、テスターで確認。

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324オームと出てるから大体あってる。

せっかくだから電流も調べてみる。これはテスターを回路に割り込ませてやる。

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21mAと出た。流したい電流は24mAだから若干暗めになった。これは291オームのところを330オームでやったから。

これはつまりだ、LEDの明るさをポット(Potentiometer)なんかで調整する際の原理なわけだ。ポットで抵抗値を変えてやれば、I=E/RのRをいじるわけで、Rが大きくなればIが小さくなり(暗くなり)、Rを小さくすればIが大きくなる(明るくなる)というわけだ。

ついでに、ネットでよく見かけるブレッドボードの「絵」を描くソフトを探してみた。すぐ見つかった。

Fritzing Fritzing

それを使ってブレッドボードを書いてみた。

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なんと嬉しいことにブレッドボードを書くと、裏で回路図も作ってくれてた。ちょっと手を加えて見やすいようにして・・・

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ちょっとラベルがさかさまになってしまった。ラベルだけ回転させたいんだけどやり方がわからない。まぁ今回はこれでいいか。

ついでにLTspice でも回路を作ってシミュレートしてみよう~!

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ただ、これはあんまり上手くいかなかった。というのもLEDのコンポーネントを選択するのに、ずら~っといろんなメーカーのLEDが出て、しかもそのスペックの項目がもうプロ仕様すぎて私にはチンぷんかんぷん。自分のLEDと同じ特性をもつLEDを見つけられなかった・・・orz

上のシミュレーションでは一応、LEDへの電圧は2.7Vで電流は18mAで、そこそこ近い値にはなってるけど、実際に組んだものと合致させるには知識・情報が足りない。

LTspiceはちょっと次元が違うわ。この辺はもっと勉強が必要(もしくはこのレベルの電気工学は趣味の範囲を超えてるかもしれない)

LED1個のまま、他の色を試してみる

LEDは1個のままで、他の色も試してみる。っといっても私が買ったパッケージのLEDの特性は基本的に二つのグループに分けることができ、赤は黄色とオレンジ色と全く同じでよかった。なんで、LED差し替えるだけで光った。

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黄色とオレンジは殆ど同じ色だな・・・

次に残りのグループのLED色たち。どれも3.2Vということで、LEDの抵抗値計算ページに戻って、赤(黄色・オレンジ)の時の2Vから3.2Vに変えて計算してもらった。

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結果、抵抗は240オームぐらいと出た。

さて、220はたくさんあるけど、小さいのはないし。LEDはマックスで3.4VまでOKってことなんで、220オームでも大丈夫でしょう!

ってことで、さっきの220二つで並列にしてた部分をとって、それこそもっとも単純な「LED1個、抵抗器1個、電源1個」になった。

光った様子を二つほど。

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他の色も似たようなもんです。

それにしても「白」の明るいこと!特性をみると白だけ明るさが27000mcdと飛びぬけてる。これは懐中電灯的なものを自作するなら白色LEDでいくべし!ってことだね。

ちなみにLEDへの電圧も計ってみた。

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なんとちょうど3.2VぐらいでLEDには負担にならない範囲。

というのもそれもそのはず、このLEDパッケージ(80個入りとか買った)に付属してきた抵抗器はみんな220オーム。つまり1個づつ光らすならこれを入れろってことだったのね。

 LEDを直列に2個光らせる

まずは2Vの赤を2個、直列に繋いで光らせるために必要な抵抗値を出す。

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208オームと出た。これは220オームひとつでちょうどいいぐら。

さくっとブレッドボードで抵抗器一つで光らせる。

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コンドは3.2V白色LEDを直列2個

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 抵抗値は108オームと出た。

これはさっき作った220オーム二つの並列つなぎの合成抵抗値がちょうどいい。

ブレッドボードにまた抵抗器を加えて・・

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うん、かなりしっかり明るい。

LED3個を光らせる

最後に赤色LED(2V)を3個並列つなぎにして光らせてみる。

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97オームだから今のブレッドボード上の抵抗でちょうどいいぐらい。

赤色LEDを並列に繋ぎなおして・・・

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ということで、うまく光った。

まとめ

  • LEDと言っても、色やメーカーや単体(おそらく・・)によって電圧などの仕様がことなる。
  • LEDを光らせるには大抵の場合抵抗器が必要(でないと電圧が高いで電源だと爆発させる可能性あり)。単三電池2本直列つなぎ(3V)ぐらいなら青や白なら普通につくだろうけど・・
  • LEDの明るさは電流の大きさによる。希望の明るさを決めて(つまりオームの法則のIを決めて)、次に電池(9V?単三電池2本?など)を決めて、最後に抵抗値を出せばよい。
  • 抵抗値の計算はネット上のツールなどを使うとよい(たぶんスマフォのアプリでもあるでしょう)
  • LEDはやっぱり光ると嬉しい♪