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LEDを使いこなすために知っておきたい知識

近年は、従来からある普通タイプのLEDが少なくなって、ほとんどのLEDは高輝度タイプになりました。

そのために、従来のように「ただ点灯させる」だけではなく、「少し暗くして使う」など、目的に合った明るさで点灯させることも必要になってきていることから、順次に、今までの記事の内容を書き換えています。

「点灯させてから適当な明るさにする(→こちら)」「電流が増えると明るくなる(→こちら)」「高輝度LEDも安価で多彩に(→こちら)」などもお読みください。

どんなLEDでも基本の点灯方法は変わらない

いろいろなLEDの例

LEDは「light(光) emitting(放つ) diode(二端子半導体素子)」の頭文字をとっています。

通電すると光を出す半導体部品で、少し前までは「普通タイプのLEDと高輝度の白色LED」で考えればよかったのですが、改良されて、次々に新しい製品が生まれています。

でも、①可視光のLEDは電流が流れると発光する  ②流れる電流が増えると明るく発光する  ③発光させるためには、決まった電圧が必要 … などの基本的なことは変わりません。

電子工作で多く使われている砲弾型のLEDについても、今までは、普通タイプのLEDか高輝度の白色LEDか … を分けて使用法を考えればよかったのですが、現在ではほとんどが高輝度タイプになりました。

さらに、同じ「光輝度タイプ」であっても、発光に必要な電圧も2V前後のものと3V前後のものに分かれていますし、同じ電流を流しても、色によって、見かけの明るさも違います。

そして、かなり明るく発光するので、輝度を落として使うことも考えないといけない状況です。

このように、LEDの性能は向上していますが、基本的な性質は変わらないので、点灯の仕方や考え方の基本はどのLEDも同じです。

ここでは、電子工作などで使われる「砲弾型のLED」について、基本的な使い方を確認していきます。

もちろん、特殊なLEDであっても、購入時に仕様やデータシートにそって対応すれば、使い方が難しいということもありません。

→Amazonで販売されている砲弾型LEDのページへ

LEDを光らせるためは順電圧以上の電源を用意する

LEDを光らせるには、一定の(2~3V 程度の)電圧がないと光りませんし、光る電圧以上では、0.1Vの変化でも、急激に光り方が変わります。

これの必要な電圧を「順電圧」といい、言い換えれば、LEDが光ると、順電圧分の電圧降下があるということです。

そのために、LEDの種類(発光部の材料の違い)に応じて、LEDの順電圧以上の電圧の「電源」を準備する必要があります。

このHPでは5Vの直流電源を用いますから、問題はありません。

この点灯のさせ方は、形状やタイプが違ったLEDでも、基本的な発光の仕組みは変わらないので、使い方や点灯のさせ方はそんなに変わりません。

つまり、発光に必要な電圧以上の電源を用いて、抵抗器を使って余分な電圧と電流を下げて(調整して)使う、下のような回路が一般的です。

抵抗器以外で電流を調整する電子部品(CRDやCCRなど →こちらに記事があります)もありますが、この記事でもそうですが、電子工作などでは、簡単に明るさが加減できることもあって、抵抗器をつかう方法を使うのが一般的です。

標準的なLEDの点灯回路

このHPでは通常は5Vの電源を用いるので、この回路でみると、LEDが光ると、順電圧分の2~3Vの電圧を降下させ、さらに、あまった電圧は、抵抗器をつかって降下させる … という回路です。

回路はLEDと抵抗器が直列になっているので、抵抗器に流れる電流と同じ電流がLEDに流れます。 それで、LEDにはコントロールされて安定した電流が流れて光ります。

LEDの回路の考え方

回路全体に流れる電流は、抵抗器に流れる電流を考えればよく、オームの法則を用いると簡単に回路の内容が計算できます。

ここではLEDのイメージを持っていただくだけの内容ですが、詳しい内容は後ろのページ(こちら)で説明しています。

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LEDは電流が流れることで発光します

発光するための電流を流すには、順電圧の電圧が必要で、LEDの種類(LEDの発光部の材料の特性)によって異なります。種類によって決まっており、おおむね、1.7~3.2V程度です。

つまり、LEDを作る半導体材料の種類によっても、メーカーによっても、少しですが違いがあります。

汎用のLEDは 1.7~3.2V 程度の順電圧で 5~10mA 程度の電流を流して発光させますが、電流量で明るさが変わりますし、LEDに加える電圧が、順電圧を超えて、0.1V程度増えるだけで、大きく輝度は変化するという特性があります。

特殊なLEDには、1.5V程度の低い電圧で使用する赤外線用や、5V程度の少し高い電圧で用いる紫外線用のものや、2本足でないもの、さらに、30mA以上の大電流を流して、明るく発光させる大消費電力のものなどがあります。(それらの詳細は、データシートに書かれています)

ただ、形状や大きさが様々であっても、点灯させる基本のやり方は変わりません。

LEDの順方向の電圧降下(順電圧)について

LEDはダイオードの一種なので、電流が流れる方向が決まっています。

LEDを点灯させる基本回路

LEDの順電圧(電圧降下の大きさ)は製品の種類によって異なり、大きく分けて、2V前後のLEDと3V前後のLEDがあります。

(参考)このHP記事を初めて書いたのが平成年代の頃は、普通タイプ(多くは2Vで点灯)のLEDと高輝度の白色LED(約3Vで点灯)を区別して扱えばよかったのですが、現状では、ほとんどが高輝度LEDになっており、さらに、発光色によって発光材料が違うので、順電圧もそれぞれが微妙に違います。

現状では、高輝度タイプのLEDが主流になっているものの、従来の普通タイプのLEDも皆無でないので、当面はどちらもうまく使えるようにしておくのがいいでしょう。

外観だけではどんなLEDかはわからないことも…

特殊な砲弾型LEDの例

フォトトランジスタの外観例

このように、砲弾型形状であっても、特性が違う様々なLEDがあります。

また、形が同じでも、LEDではない部品もあるので、保存袋には、内容物がわかるようにしておいて、混ぜないように注意しましょう。

LEDの種類を外観で見分ける方法などがWEBに紹介されていますが、どんどん新しいものが出てきますし、メーカーが違うと細部の作り方も違うので、それらを覚えるよりも、普段からきっちりと分類して保管する癖をつけておくのが無難です。

購入した時に「**V **mA」などの「仕様」が書いてあればいいのですが、汎用のLEDの多くは、データシートや仕様表示のないものも多いので、私は、「まず、点灯してみて」どんなLEDなのかを確かめてから使うようにしています。

どんなLEDかがわからないときの確認のしかたは次のページで。