簡易LEDチェック装置をブレッドボードで製作してみた

このところ、モノ作りでLEDを扱う機会が多くなり、色違いやサイズ違いのLEDを購入したりしてるのですが、作業しているうちに混ざってしまい、どれがどれだか分からなくなることが。

それなら簡易的な検査器を作ってしまおうかと。

といっても、ブレッドボードに抵抗を並べて2~3本の配線をするだけという、ごく簡単なもの。

LED検査器

LED固有のVFによって、流れる電流は変化する

せっかくなので、LEDに流す電流値を4種類から選べるようにしようと思いますが、現在手元にあるLEDは、白色、青色、緑色、赤色、橙色の5色です。

そして、LEDは(大概は)その色によってVF(順電圧)が異なります。VFとは、LEDのアノード・カソード間に順電流を流したときに生じる電圧降下値のことです。

例えば手元にあるLEDの定格値を見てみると以下のようになっています。

白色:12000mcd〜14000mcd  VF=3.0〜3.4V、I=20mA
青色:5000mcd〜7000mcd    VF=3.0〜3.2V、I=20mA
緑色:20000mcd〜30000mcd  VF=3.0〜3.2V、I=20mA
赤色:5000mcd~8000mcd    VF=1.9~2.1V、I=20mA
橙色:5000mcd~7000mcd    VF=1.9~2.1V、I=20mA

白色LEDでいうと、順電流(I=20mA)を流した時の電圧降下がVF=3.0〜3.4Vになるということ。

LEDの明るさは電流値によって変化しますが、回路に抵抗を入れることで、望みの電流(即ち、明るさ)を得ることが出来ます。

LED実体回路その計算式は、

抵抗(Ω)=(電源電圧-VF)÷望みの電流値(A)

となります。今回は単三電池3本の4.5Vで駆動する積りなので、これを先の白色LEDに当てはめ、10mAの電流を流そうする時に必要な抵抗値は、

抵抗(Ω)=(4.5-3.0)÷0.01A=150Ω

ということで、冒頭の回路は白色、青色、緑色の3つのLEDに合わせて、10mA、15mA、20mA、25mAの電流を流せるよう、それぞれ150Ω、100Ω、75Ω、60Ωの抵抗を配置しています。

ただ、赤色や橙色で見てみるとVF=1.9~2.1Vなので、電圧降下2.0Vとして同じく計算すると、10mA→250Ω、15mA→167Ω、20mA→125Ω、25mA→100Ωとなります。

因みに、LEDに逆電圧(+と-を逆接続)をかけたり、過大な電流を流したりすると、LEDは簡単に壊れます(いくつも壊してきました)。

最大逆電圧はだいたい4V~5V程度のものが多いようです。また、ほとんどのLEDは30mA程度までは問題ないようですが、15mAも流せば十分な明るさを得られる場合がほとんどでしょう。

LEDの並列接続の際は、抵抗もセットで並列接続すること

もう一つ、LEDを直列や並列に複数個並べて点灯する際の話もしておきましょう。

先ずは直列接続の場合。
LED直列接続
LEDを直列に並べると、電圧降下は各LEDのVFの合計値となります。例えば、赤色LED(VF=2V)を2個直列に並べて4.5Vで駆動しようとする際の計算式は、

抵抗(Ω)={4.5-(2+2)}÷望みの電流値(A)


となり、計算式が成り立ちますが、赤色LEDを3個直列とか、白色LED(VF=3V)の2個直列等は計算式が成立しなくなるのでLEDは点きません。その際は電源電圧を上げましょう。

続いて並列接続の場合。
LED並列接続
並列の場合の電圧降下は、LEDが何個になろうと1個のLEDのVF値のままなので、極端に言えば4.5V 電圧で100個でも200個でも点灯させることが(計算上は)可能です。

ただし、並列接続の場合の電流は(2個なら1/2、3個なら1/3に)分流されるので、同じ明るさで点灯するためには、抵抗を1/2、1/3と小さくしていく必要があります。

ここで一つ問題が。上の接続図は何も考えずに2個のLEDを並列に配置していますが、この接続方法は間違っています。正しい並列の接続方法は下図のようになります。

LED(抵抗も)並列接続
先の並列接続に問題があるのは、LEDには個々に特性があり、そこにバラツキがあるので、例えば20mAの電流がきれいに2つの10mAへと分流せず、5mAと15mAのように偏ってしまうから。

例えば、5個のLEDを並列接続で各々に10mAの電流を流す積りで先の方法で接続してしまうと、極端な場合、1個のLEDに30mA、40mAの電流が流れ、壊してしまう可能性もあるのです。

そのような状況を避けるためには、LEDと抵抗を “セット” で並列接続する、というのが原則。

3種類の電流値、2種類のVF値、2個の並列接続に対応

以上のようなことを踏まえて、実際に作ったのがこちらです。

LED点灯器

小さなブレッドボード上に、電源電圧4.5Vにて、VF=3.0VのLEDを接続した際に、10mA、15mA、20mAの3種類の電流が流れるように抵抗を配置しました。

また、VF=2.0VのLEDを接続した際は、12.5mA(200Ω)と16.7mA(150Ω)の2つの電流値を選べるのと、2個の並列接続(明るさ比較のため、異なった抵抗値で)にも対応しました。

並列点灯

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