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第二回 電圧と電流ってなんだ? [知識ゼロからの電飾]


 電飾をするにあたって避けて通れない問題が「電圧」と「電流」の関係でしょう。
 更に「抵抗」が絡んでくるのでコレがワカラン為に電飾をやらない人は多いと思います。
 漠然と分かるのは電圧はV(ボルト) 電流はA(アンペア) 抵抗はΩ(オーム)という事だけ。

 結論から言って私は今も電圧と電流の明確な差異が分かりません。
 電圧は電気の強さ・電流は電気の量である事はボンヤリと分かりますが・・・
 24Vの電圧に5mA(0.005A)は流せるだろうけど、1Vの弱い電圧で5A(5000mA)の大電流を流せ
 るのか?とかが疑問です。

 電圧と電流の関係については以下のサイトを見て頂ければ解りやすいと思います。
 
 電圧と電流の違いについて コチラ
 回路における電流の流れ方 コチラ ←BGMが出ますので注意

 じゃ、ここからは電飾素人からみた実際の電飾について書きます。


 発光ダイオード(以下LED)の普及していない一昔前はみんな電飾には麦球や豆電球を使っていました。

 麦球・豆電球のメリットは
 ・極性を考えなくても良い(電池の+-どっち側に繋いでも光る)
 ・お手軽(どこでも手に入る)
 という点でしょうか。
 デメリットとしては
 ・消費電力量が大きい(電池がすぐ無くなる)
 ・発熱量が大きい(下手をしたらパーツが溶ける)
 ・熱量が高いのでフィラメントに負荷が大きく掛かり球切れを起こして寿命が短い
 だと思います。

 が、近年では電飾用の光源はLEDに取って代わられました。
 LEDの普及に輪をかけて町の模型小売店の閉店などで扱う店舗が減り麦球や豆電球などを手にする場所
 も少なくなってきたと感じます。

 今の電飾の主流であるLEDのメリットは上記の麦球・豆電球の逆で
 ・消費電力量が少ない(電池が長持ち・省エネ)
 ・発熱量が少ない(安全)
 ・フィラメントが無いので適性に使えば寿命が長い
 という点です。
 デメリットは
 ・極性をがある(プラス、マイナスを正しく繋げなければ壊れる)
 ある程度の知識が必要
 でしょうか。

 この「ある程度の知識」というのが曲者で電気に知識の無いモデラーを踏み留まらせる壁になっていると
 思いますが この壁を超えるとLEDは途端に便利な素材になります。
 単にLEDを光らせるだけなら実はいとも簡単な事なのです。
 
01.JPG まずは電源である電池を用意します
 コイン形リチウム電池です。
 これは百均のLEDライトの中に入っていました。
 このコイン形電池は平らな面が+(プラス)側で突起がある方がマイナス側
 ですので、一般の乾電池とはイメージが逆でなので注意!
  これは電圧3V(ボルト)の電池です。
 電池を注意して見ると上記の事は読み取れます。


02.JPG ピカッソ!



 LEDの極性を正しくつなげるとこの電池ひとつで普通に光ります。




020.JPG これがLEDの極性です

 足の長い方をプラス側に
 足の短い方をマイナス側に接続しないと発光しません。


022.JPG これが加工されていない通常販売されているLEDの形態です

 左の足の長い方がアノード(プラス)

 右の足の短い方がカソード(マイナス)

 になります



 
 023.JPG
 アップ(この画像では内部が見えやすいように透明のLEDを例にします)

 加工されているLEDは足が切ってあるのですがLEDは内部を見れば極性が
 分かります。

 左の板面の小さな方がアノード(+)
 右の板面の大きな方がカソード(-) 
 です。

04.JPG05.JPG これは模型店で売っていたLED

 電気回路の世界では
 コードは+が赤
      -が黒

 これは絶対不変なので覚えておきましょう。

 裏面の説明通りにして乾電池2本で使用しますと・・・


06.JPG 

 ピカッソ!


 と、いう感じです。

 ここで「アレが無い」と疑問に思った人が居ますか?
 そ~です。このLED発光回路には電気素人の悩みどころである「抵抗器」が無いのです。
 LEDを使った電飾をやろうとして「敷居が高い」と思う要因は回路に組み込む「抵抗」の値が分からない
 というのが大きいのではないでしょうか?

 上の白色LED回路に「抵抗」が入っていないのはLEDの種類による為です。
 私が中学生の時にはLEDは赤・緑・黄・オレンジのLED自体が着色されたものしかありませんでした。
 これらのLEDの順電圧(Vf)は概ね2.1Vです。
 近年になって白色LEDや青色LEDが開発されたのですが
 一般的な白や青のLEDの順電圧(Vf)は3.2~3.6V と高いのです。←ここ重要
                                      
 この順電圧とはスペック通りの光量でLEDを光らせるのに必要な電圧で これより低ければ「光らないor暗い」
  高ければ「明るいが寿命が短くなるか焼けて壊れる」 、そして余りにも高い電圧をかけると最悪は破裂する
 危険性があるようです。
 余談ですが私は順電圧2.1Vの黄色LEDに誤って14Vの電圧をかけた事があるのですがチリチリと煙が出
 て焼けて臭いニオイが漂い幸い破裂には至らなかったものの そのLEDは元の1/3程度しか光らなくなってし
 まいました。 (それでも使えるのが凄い)
 上の画像で使った模型店で売っていたLEDは白色LEDなので3V程度の電圧があればちゃんと光るのです。
 白色LEDは順電圧が高いので スペック上ではまだ少し(0.2~0.6V)の余裕があります。
 一般的なマンガン乾電池やアルカリ乾電池なら1.5Vなので直列で2本繋ぐと1.5V X 2=3Vとなり白・青
 色LEDは問題無く発光する電圧を取り出せます。
 ちなみに今流行りのエネループはニッケル水素充電池なので電圧は1.2Vであり直列で2本使用すると2.4V
 の電圧となるので発光させてもマンガン乾電池やアルカリ乾電池を使った場合よりも少し暗くなります。
 人間は心臓に負担をかけないように歩けば長い距離を移動できますが、無理をして走れば速けれど短い距
 離でダウンします。
 考え方はLEDも同様で少ない負荷では光量は落ちますが寿命は長持ちし、大きい負荷では明るいけど寿命
 は短くなるのです。
 最近のLEDは高輝度タイプ(発光効率が高い)が多いので少ない電圧でもかなり光る為にそういう光量不足
 の問題は発生しにくいと思います。

 と、いう事でLED発光回路で「抵抗」が必要なのはLEDの順電圧より電源(この場合は電池)が高い場合なの
 です。
 上のLEDは白色LEDなので抵抗は必要ありませんが同じ条件で赤・緑・黄色系のLEDを使おうとすると これ
 らのLEDは順電圧が2.1Vなのでこのままでは3V-2.1V=0.9Vの余分な電圧がかかってしまいLEDに負
 担が掛かります。
 この0.9VをLEDに流さない邪魔をさせるのが「抵抗器」なのです。

 次回は我ら電飾初心者の最大の敵である抵抗器について。

 ここからは知って納得のコーナー。

1.JPG これはダ◯ソーで売っているLEDライトです。



 これが100円(税込105円)なのは安いですね~。




2.JPG 内部を見てみます。
 こんな単純な仕組みです。
 これも順電圧の高い白色LEDなので抵抗が入っていません。

 って、コイン形リチウム電池が2枚入ってますやん!
 でも、スイッチ(マンガみたいなチャチなもの)・白色LED・コイン形リチウム電池2個・ケースなどで100円って安いですね~。


01.JPG この記事の最初に使った電池はこのLEDライトのものです。


 これ1個(CR1616)で電圧が3Vですよね・・・。

 最初は1.5Vの電池の2枚仕様かと思ってました。(^_^;)
 


02.JPG3.JPG 実験

 左が電池1枚

 右が電池2枚

 を使って光らせました。

 当たり前ですが右側の方が断然明るいです。



4.JPG 2枚の電池(直列)の電圧を計ってみました。

 理論上は6Vになるはずですがモニタ用(最初から入っている)電池
 なので5.55Vの電圧しかありません。
 この白色LEDは多めに見て順電圧が3.6Vだとすると約2Vも余分に
 電圧がかかっているのです。
 適正電圧以上に電圧をかける事でオーバードライブさせて無理
 明るさを稼いでいるんですね。

 百均で販売されているLED系ライトが早く壊れるのは「無理な電圧をかけて明るくしている」という事が
 多くの原因です。(あと、素性のワカラン粗悪LEDを使っている可能性もアリ)
 このLEDライトでもコイン形リチウム電池(CR1616)1枚仕様にすれば長く使えるようです。
 又は今のままのコイン形リチウム電池2枚仕様でも120Ωの抵抗をどこかに入れればいいのですが、
 工作が面倒だし何よりも電池を1枚にしたのと同じ効果なので全くの意味なし(笑)
 ま、どっちにしても LED本来の適性性能に戻ってしまい その分、今よりも暗くなるんですが・・・

 何が言いたいかというと ダ◯ソーがこういうLEDの許容範囲を超えた商品を普通に売っていて 過去に
 LEDが破裂したとかの重大事故が発生して「やれ、訴訟問題じゃ」とかのニュースを一回も聞いた記憶
 がないのは LEDは2倍程度の電圧を与えただけでは最悪でも「球切れ」する程度の事しか起こらない
 のでは?と思ってしまいます。
 意外と耐久力があるのか?LEDって。
 
 私は自己責任で色々と実験をやってます。
 同じような実験をして怪我や死に至っても責任は負いかねますので ご了承下さい。
 又、この記事はあくまで「個人の感想」です。
 電気に関しての疑問は専門家に質問して下さい。


 

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