明るさに応じて抵抗値が変化するCdsセルってのも、また面白い

フォトカプラにはずっと興味があったんです。機械系の私にとって、大概の電子部品は正直理解不能に近い状態。抵抗くらいは分かるけど、ダイオードって何?どんな時に使うの?みたいな。

そんな中、フォトカプラのスイッチ動作は単純明快ですからね。片側のピンに信号を送ったら、対面のピンが導通する。機械的スイッチを押したら、端子間が導通するってのと同じ感覚。

似たような理由で、もう一つ興味を持っていたのがCdsセルというもの。これは(私の理解だと)光の明/暗をスイッチのオン/オフに変換してくれる素子。

昔々、暗くなると街灯が自動的に点灯するのは、このCdsセルを使うことによって実現してるってのを知って以来、ずーっと興味があったんです。

Cds

実は、フォトカプラってLEDとCdsセルとを組み合わせたものだろって誤解してたんです(アナログフォトカプラなるものの存在を知ったのは、その後のこと)。

なので先に書いたように、単純に「片側のピンに信号を送ったら、対面のピンが導通する」って思っていて、導通の方向(+-)があるとは思ってもいなかった。

これが、フォトカプラを使ってスピーカーラインを切り替えるという試みに失敗したそもそもの原因だったわけです(多分だけど)。

Cdsセルの抵抗値の変化レンジって、こんなに大きいのね

前置きが長くなりましたが、今回はCdsセルを使ってLEDを点灯してみようと思います。

Cdsは光の強さに応じて電気抵抗が低下する抵抗(明るくなると小さくなる)なので、一番シンプルなのはLEDにCdsを接続して電気を流せば、周囲の明るさに応じてLEDの明るさが変わる筈。

ところで、手元にはずいぶん前に買ったCdsがあるんだけど、どういう仕様のものなのかさっぱり分からないので、取り敢えず抵抗値の変化を見てみようと思います。

先ずは明るいところで抵抗値を測定。目の前に窓があって、そこから障子越しに朝の光が降り注がれている状況で、かなり明るい状態ですが、この時は879Ω。

cds明るい

では蛍光灯ではどうなんだろって、夜になるのを待って測定したら、こちらは5.43kΩ。なるほど、やっぱり太陽の光ってのは偉大だな。

cds蛍光灯明るい

Cdsの上に小さな黒いスポンジを乗せて測定。抵抗値は意外と増えずに14.6kΩ。

cdsm黒スポンジ

小さな缶の中に頭を入れて蓋をしてみました。蓋は完全には閉まらない状況ですが、330kΩに。

cds缶の蓋して

なるほど。何となく傾向は分かりました。このままLEDと電源の間に入れると、超明るい環境でもLEDには1~2mAくらいの電流しか流れないようです。

「分圧」という考え方、頭では理解できるんだけど何となく納得いかないというか

さて、「Cdsを使ってLEDを周囲の明るさに応じて点灯・消灯」を実現する回路を検索すると、必ず出てくるのが「分圧」という考え方。

抵抗が2つ直列に接続された回路を考えたとき、電源電圧はそれぞれの抵抗値に応じて分散されるというのが「分圧」(らしい)。

例えば3Vの電源で、回路に100Ωの抵抗が2個直列に入っていると、それぞれの抵抗にかかっている電圧は共に1.5Vと、半分ずつになるってこと。

じゃあ、100Ωと200Ωの時はどうなるのか? ま、感覚的に分かると思うけど、2つの抵抗値の合計で、片方の抵抗値を割り、それを電源電圧に掛ければ、分子に来た抵抗にかかる電圧となる。

100Ωの抵抗にかかる分圧=電源電圧×{100Ω÷(100Ω+200Ω)}

なるほど、考え方は十分に分かるけど、電圧が回路の中の場所によって変化するって概念が理解できない。回路の中は、どこを測定しても電圧は同じ(電源電圧のまま)ってずっと思ってたので。

まあ理解できなくても、「それが規則なんです、現実はこうなってるんです」ってことならば、仕方ない、それでいきましょう。

ということで、Cdsと直列にもう一つ抵抗を入れると、電源電圧が分割されて、LEDにかかる電圧を調整できることになるようです。

また、LEDの場所をCdsと並列に入れるか、あるいは追加した抵抗と並列に入れるかによって、それぞれ "暗くなったとき" にLED点灯、あるいは "明るくなったとき"に LED点灯に変えられる、と。

CDSでLED点灯
上の回路図で、「暗くなると点灯」あるいは「明るくなると点灯」というのは、Cdsの抵抗値と、抵抗(1)との比によって成り立つものです。

左側の回路図で、暗くなってCdsの抵抗値が抵抗(1)よりも十分大きくなると、分圧(2)が大きくなり、ということはLEDにかかる電圧が大きくなってLEDは点灯するということ。

もちろん、電源の電圧と抵抗(1)の選定によって条件は様々に変化してくるので、その辺りは次回、実際に回路を組みながら学んでみたいと思います。


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