8×8×8 LED CUBE 製作記(4) -- パーツを揃える(の2)

前回、4×4×4 LED CUBE製作の際に使ったトランジスタS8050 が最大負荷電流の関係で役不足なようなので、代わりに2N2222 というトランジスタを使おうかな、って話でした。

日本で汎用トランジスタっていうと、最初に出てくるのは東芝の2SC1815 でしょうか( 2011年に生産終了予定がアナウンスされて、既に過去の遺産になってる?)。

不安は残るけど、Layerの駆動にはトランジスタ 2N2222を使うことに

米国で汎用トランジスタというと、この2N2222 になるのかな。生産開始から40年以上の歴史があるってどこかで見た記憶があります。今回のようなアマチュアの自作記事には頻繁に出てきます。

S8050 の最大負荷電流(コレクタ電流)が500mA なのに対し、2N2222 は800mA(ただ、見るデータシートによっては600mA って書かれてるのもあるけど)。

少なくともS8050 よりはいいだろうと思って買ってみました。eBayで100個入り150円だしね。

トランジスタ2N2222

前回、主要パーツをリストアップしていく過程で、2N2222 ではなくてMOSFETを使うべきなのかなって悩みました。8×8×8 LED CUBE製作記事の多く(ほとんど?)は、MOSFETを使ってます。

正直、バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタ(FET)の違いがよく分からなくて、大きな電流が必要だからFETを使う必要があるのかなってくらいの浅い理解なんですが。

現時点では、2N2222 でいってみようかなって思っています。それでダメだったら、またその時に考えましょう。

さて、前回の話の通り、LED64個のLayerを駆動させるってことは、LED1個当たりの電流を10mAと想定すると、64個で640mAの電流が流れることになります。

2N2222 の最大負荷電流が800mA なら駆動可能だけど、600mA だとすると許容範囲を超えてしまいます。9mA なら収まる計算になりますが。

シフトレジスタ 74HC595の許容最大電流も考慮する必要がある?

最大電流でもう一つ気になっているのは、シフトレジスタの74HC595。ピン毎の出力は問題ないけど、ピン8本の出力の合計で考えた時、どうなんだろうかと。

トランジスタ2N2222と、シフトレジスタ74HC595と、ColumnとLayerの相関関係が頭の中で整理しきれなくなってきので、配線のイメージを描いてみました(あくまで “イメージ” です)。

8×8×8LED CUBE

Layer 1~8は2N2222で駆動され、Column 1~64は74HC595へと接続されます。

これまで説明してきた通り、(例えば)Layer 1をアクティブにした時、Layer 1に所属する64個のLEDのどこを点灯するかは、74HC595の各ピンからの出力(ON/OFF)で決まります。

Layer 同士が(例えばLayer 1とLayer 8)同時にアクティブになることは無い(プログラムでそうしてるから)けど、Column は64本すべてが同時にONの状態になることもあります(あるLayer が全点灯)。

これは、1つの74HC595に注目した時、8本すべてのピンに電流が流れる状態があるってこと。

では、74HC595の最大負荷電流はと調べてみると、データシートには supply current という項目があって、最大70mAとなっています。よく分からないけど、これがそうなのかな?

とするならば、1本当たりのピンからの電流は9mA弱ってことになりますよね(70mA/8)。

220Ωの電流制限抵抗を使って、LEDには8mAの電流を流すこと

ここで、2N2222 の許容最大負荷電流を振り返ってみると、それが600mA だとしたときの1個のLEDに流せる最大電流は9mA なので、何となく似たような数値になりました。

ここまでの考え方が果たして正しいのかどうか分かりませんが、LED1個に流す電流を8mAとして、全体の回路を組み上げていこうかと思います。

超高輝度タイプのLEDなので、明るさ的には8mAでも十分過ぎるんじゃないかな。

電源電圧5V、使うLED(青)のVF=3.2V、I=8mAで抵抗値を計算すると、225Ωとなります。上の配線イメージ図で、[74HC595出力ピン - 225Ω - Column]となるってこと。

Columnには8個のLEDが接続されていますが、1度に点灯するのは、この8個の内のどれか1個だけなので、このような計算になります。

ということで、抵抗を買いました。eBayにて、10Ω、22Ω、100Ω、200Ω、220Ωの5種×100本=500本で220円のセット。思い通りのセットではないけど、1種ずつ買うよりよっぽど安いので。

抵抗5種

この中の220Ωの抵抗を使いましょう。


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