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第三回 抵抗ってなんですのん!  [知識ゼロからの電飾]

 
 今回は電飾における抵抗器のハナシ。

 前回の記事のように発光ダイオード(以下 LED)の順電圧以上の電圧を持った電源を使用した場合は抵抗
 器が必要だと書きました。

06.JPG これが抵抗器を使った最も単純な電飾回路です。
 電池のプラス→抵抗器→LED→電池のマイナスへと一筆書きが成立
 すれば光ります。
 この回路で使った黄色LEDの順電圧は2.1Vです。
 電源はマンガン乾電池(電圧1.5V X 2を直列)なので3V。

 今回のLEDを光らせるのに適性な電流は20mA(後述)です。


 2.1Vの電圧が必要なLEDに乾電池の3Vの電圧をかければ電圧が高過ぎてLEDに負担が掛かり過ぎに
 なってしまいます。
 よって、掛かり過ぎの3V-2.1V=0.9V ぶんの電圧を抵抗器を使って流さないようにすればいいのです。
 ここで使うのが懐かしの王蟲オーム(Ω)の法則です。

 電圧(E)=電流(I)X抵抗(R)

 模型に電飾回路を組み込めない人が感じる「壁」の正体がにっくきオーム(Ω)です。
 実際の回路においては上のオームの法則における式で
 電圧Eはボルト(V)、電流Iはアンペア(A)、抵抗Rはオーム(Ω)なのです。

 1A=1000mA であり このLEDに必要な電流は20mAなので0.02Aです。
 上の式を変形すれば
 0.9(V)÷0.02(A)=必要な抵抗値(Ω)    
 という事で45Ωの抵抗器を使えばこの黄色LEDを3Vの電源で負担が無く適性な電圧でちゃんと光らせる事
 が出来ます。
 但し、45Ωという抵抗は販売されていないようなので近似値である47Ω(大きめ推奨)を使う事になります。
 どうしても45Ωがいいという人は抵抗の品揃えがある33Ω+10Ω+1Ω+1Ωを直列で繋ぐのもアリですが
 ほぼ意味がありません(笑)何よりパーツ数が増えます。 ここは素直に47Ωの抵抗器を使いましょう。
 作った回路でLEDを光らせた場合に「思ったより明るい」と感じた場合には45Ω(次に大きなものは75Ω)の
 抵抗器の値を大きくすればLEDに流れる電気を抵抗器が制限してくれてLEDが暗くなるのでお試しあれ。

 こんな計算めんどくせーって人は

 この神様のようなサイト ココ

 を使わせて頂いて、数値だけ入れると抵抗値を勝手に計算してくれますので楽です。

 抵抗器の働きは ココ を見るとよく分かります。抵抗器って色んな働きがあるんですね~。

 さて、ここで疑問に思った方もいらっしゃるでしょう、上のLEDに何故20mAの電流が必要なのかのハナシ。
 ここが私にも電気の難解なファクターで電圧と電流の関係の分りづらい謎な部分なのです。
 基本的にLEDは電圧も電流もかけ過ぎると壊れるし、少ないと光らないか暗いのです。

 ここからは私見で話しをします。
 LEDの発光させる事において重要なのが電圧(V)です。
 まず、第一にパイプ(電圧)が太くないと電気量(電流)も流れないと思うのです。
 オームの法則で抵抗値を計算するにあたっては「LEDに流れる過剰な電気を抑える」のが目的です。
 順電圧3.6Vの白色LEDに乾電池1本で1.5Vしか流さなかったら光らないので そもそも過剰な電圧は発生
 しません。
 LEDの欲しがる電圧(V)以上を供給した上ではじめて電流を制限(抵抗器の設置)するようになります。

011.JPG 実験 1

 順電圧2.1Vの赤色LEDをマンガン乾電池一本の1.5Vを使って
 発光させてみました。

 電圧が不足しているので 昼間では光っているかいないか程度の
 輝度しか出せません。


010.JPG 実験 2

 同じLEDをマンガン乾電池2本直列にして3Vの電圧をかけてみました。
 順電圧2.1VのLEDに対して0.9Vの電圧が過剰に供給されているので
 オーバードライブしてしまいLEDは本来の性能を超えて光っています。
 このまま使えばこのLEDは明るいけど寿命が短くなるのです。
 LED保護の為に抵抗器を組み込まなくてはなりません。


 LEDの本来の性能(輝度)を発揮させる為には まずはLEDの欲しがる電圧を確保することから始まります。
 
 LEDと電流の関係
 全てのLEDには使用に対して電圧と電流に適正値と限界値があります。
 上の黄色LEDの適性電流値は20mAです。(抵抗値算出時に使った値)
 どうやってLEDの適正電流を知るかというと販売時に添付されているデータに書いてあるのです。
 分からない場合、目安として赤・黄色・緑・オレンジ系のLEDは20mA(10mAのものもある)の事が多い
 です。
 青・白色LEDは上記LED色よりも高めで20mA以上(輝度によって上がりモノによっては)の電流が必要な
 事が多いです。
 光らせたいLEDの特性を調べてから適正な電流を流すようにしましょう。
 秋月電子のLED商品カタログに適性電流値や最大電流値が書かれているので暇な時に見てLEDの色と
 電流の関係などの傾向を勉強(という程のものでもない)するのも良いでしょう。

051.JPG 一例
 これは手持ちの直径3mm 超高輝度白色LEDに付いていたデータです。

 このLEDは電圧3.4Vが適正です。(乾電池2本直列の3Vでも光ります)
 電流は20mAが適正です。
 30mA以上の電流を流すと壊れます。
 と読み取れます。


 電圧のみでしかLEDの発光システムを考えた事がなかった人も LEDが働くのには適性な電流値がある事を
 覚えて帰って下さい、奥さん。

 次回はLEDの性能についてちょっと詳しく書いてみます。




 

 1/4Wと1/6W カーボン抵抗器について

 疑問に思った人もいるかと思いますのでこの二種類の抵抗器について書いておきます。
 どちらも電子回路でよく見られる種類の抵抗器ですが1/4Wと1/6Wのものがあります。
 1/4Wのものの方が大きな電力に対応出来ます。
 上の記事での回路は抵抗器が受け持つ値は 0.9V X 0.02A=0.0018Wです。

 1/6W=0.16666666W
 1/4W=0.25W

 なので1/6の抵抗器でもOKですが、私は1/4Wの抵抗器を使ってます。
 LEDを買って付属しているのは大概は1/4Wの抵抗器です。
 私レベルの電飾では大電流を流す必要性が無いのであまり気にせずに1/4Wの抵抗器を使えば問題は
 無いでしょう。

 抵抗1/4W・1/6Wについて教えて下さい・・ ←この語句でググれば解りやすいアンサーが出ます。


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