LEDを複数個同時に点灯させてみよう
前のページ（→こちら）では、LEDは（1）適当な電圧が必要なこと （2）流れる電流値で明るさが変わること などを見てきましたが、ここでは、LEDを複数個点灯させる場合を考えていくために、・・・
・LEDを直列につないだときの電流電圧の実測
・並列のつないだときの電流電圧の実測
・50このLEDを並列つなぎで同時点灯させる
・LEDの交流での点灯 ・・・などを実際に実験しています。
電流電圧を測定してみるのが理解しやすい
①がLEDが一つの場合の基本回路。②はLEDが2つの直列つなぎ ③が並列つなぎの場合です。
直列した場合は、回路の部品に流れる電流が同じになるので、①では、抵抗器とLEDが直列になっているので、抵抗器に流れる電流もLEDに流れる電流も等しいはずです。 ここでは、実際に測定してみることにします。
頭で考えることもいいのですが、簡単な回路をブレッドボードに組んで、電圧と電流をはかってみます。 これでも、結構大変だということがわかります。
例えば、抵抗器の誤差の少ないものを選ぶことや、数値を四捨五入すると、オームの法則通りにならないことや、数値が微妙に変動する・・・などが出てきて、その原因を考えるだけでも「よい経験」ですので、自分で一度やってみることをオススメします。
A・Vはテスターでの電流（mA：ピンク）・電圧値（V：黒）です。
LEDが1つの場合 （①：これが基本形です）
ここで重要なことは、抵抗器とLEDそれぞれで電圧降下があることと、抵抗器にも、LEDにも、回路全体にも、流れる電流は13mAで同じ・・・というところです。
PR余談ですが、この200Ωは、LEDが2V・15mAという仕様であるとして、R=V/A＝（5－2）/0.015＝200Ω として200Ωに決めました。
そしてその結果、実測すると、LEDの電圧降下は2Vではなく2.2Vで、電流は15ｍAではなく13ｍA（0.013A）が流れて点灯しているということがわかりました。 実測値と計算値が若干違うのですが、この場合は、「実測値が正しい」ということにしよう（→こちらで決めた決まりごとです）・・・ということですが、同時に、このようなオームの法則の計算には、できるだけ慣れていってください。
LED2こを直列にすると（②の場合）
それぞれの部品に流れる電流量は直列になっているので「同じ」ですが、LEDが2個になると、13ｍAだった電流が1/3以下の4mAに減ってしまいました。
LEDの計算上では、2V15ｍAのLEDなので、これをもとにRの電流値を計算すると、I=V/R＝（5－2－2）/200＝0.5ｍA なので、実測値と異なるのですが、なぜ、こんな結果になったのでしょうか？
これに答える前に、電源電圧を2倍にして、同じように測定してみます。
LED2こを直列にして、電圧を上げた場合（②aの場合）
明るく輝きました。 つまり、電圧が上がれば流すことができる電流に余裕ができて、明るく輝くということです。
電圧を2倍の10Vにすると、電流量は、5Vの場合の6倍と、一気に増えました。
LEDの2V15mAの仕様でRの電流を計算すると、I=V/R＝（10－2－2）/200＝30ｍA ですので、この電流値は、計算値に近い値になっています。
つまり、5Vの電源電圧では、2つのLEDを点灯させる力がなかったということです。
2つのLEDを点灯させるには、2ｘ2＝4Vが、5このLEDでは、2ｘ5＝10V、n個のLEDを直列で点灯させようとすると、（2ｘn）Vの電圧が必要になります。
ここで、電源電圧を上げるのではなくて、200Ωの抵抗値を下げると、電流がたくさん流れるように思いますね。 実際はどうなるのでしょうか。 確認しておきましょう。
電流制限抵抗を半分の100Ωにすると・・・少し電流が増える
5Vで2つのLEDを点灯させるには、2こｘ2V=4V 以上であればいいはずなので、電圧的には足りているのですが、まだまだ、抵抗が大きすぎる・・・ということですね。
このときの状態を計算で確認してみましょう。
上と同様に計算すると、I=V/R＝（5－2－2）/100＝10ｍA 流れるはずですが、実測値はそれより低い原因は、LEDの電圧降下が計算で用いた2Vではなく2.1Vとなっているので、これを、すべての実測値から計算してみると、（4.9－2.1－2.1）/100＝7 となって、計算通りになっているのがわかります。
7mAの電流でも、そこそこ明るく点灯しているのですが、規定の15mAの電流を流そうとすると、R=V/I から計算すると、47Ωの抵抗を使うといいことがわかります。
結論としては、直列の場合は、電圧を上げるか、電流制限用の抵抗値を下げることで、明るさが調節できるということがわかりました。
PR制限抵抗なしにすると、何Vで点灯する？
これを実験すれば、電流が流れすぎて、LEDが切れてしまう危険性があるので、あまり推奨できるものではありませんが、可変電源を用いて、これをやってみました。
結果はこのように、やはり、1つのLEDに対して、2.0V程度の電源電圧を考えておくのがいいということですが、ちょっとでも電圧をあげすぎると、電流が流れすぎて、LEDが切れてしまいます。
（注意） 前ページ（→こちら）の特性グラフを見ると、1つあたりのLEDで、1.5Vでは0mA、1.75Vでは3mA、2.0Vでは20ｍA、2.1Vでは32mAとなっていて、2V以上で、0.1Vの違いで、急激に流れる電流量が増えるので、注意が必要です。 電流制限抵抗なしでは、電流が流れすぎて、簡単にLEDが切れてしまうので、必ず、抵抗を直列にして電流を制限してLEDを点灯させるようにしましょう。
LED2こを並列にすると・・・電流が分散する （③の場合）
電流の流れを見ると、電源→抵抗→並列LED・・・と、直列になっているので、上の②と同じように、回路中では、同じ14mAの電流になっていることが確認できます。
しかし、注目する点は、14mAの電流が、並列になっているLEDに半々に分かれて流れて、LED1つあたりの電流量が減っています。
つまり、LED2つを並列にすると、1つあたりでは、総電流量の1/2になり、5つ並列にすると、1つあたりの電流量が1/5になって、明るさが減少することがわかります。
つまり、LEDを並列につないで、明るく輝かせようとすると、LED1つあたりの電流量を増やす必要があります。
そのためには、②a・②bでみたように、電源電圧を高くするか、抵抗値を小さくする方法が考えられます。
ここでは、電圧を2倍の10Vにした場合を例に実測してみました。
電源電圧を2倍にすると・・・（③aの場合）
2倍の予想のよりも少し多くなってしまいました。 1つのLEDに19mA流れています。
（注）計算で言えば、LED2つで30mA流れるようにするには、V=A・R＝0.03ｘ200＝6V にすればいいのですが、ここでは、イメージを持っていただきたいので、2倍の電圧にしています。
ただ、ここで、電流量に注意が必要です。
全体では39mAものやや大きい電流が流れていて、抵抗器に手を触ると、かなり熱くなっています。（しつこいようですが、この状態を計算してみると、I=V/R＝（10－2－2）/200=40mA と、実測と計算があっています）
40mAの電流が流れるので、1/8W型の抵抗器では小さすぎるようです。
ここで、W（電力）=A（電流）ｘV（電圧）＝I2ｘR=0.039x0.039x200≒0.3W なので、1/8W型（0.125W）の抵抗器は不適で、一般的には、2倍の電力の余裕を考えて、1Wの大きな抵抗器が必要・・・ということになります。
このように、電流が増えると、発熱に気を配る必要があります。
なお、ここでは確かめていませんが、5Vの電源電圧で、抵抗値を下げて、1つのLEDに15mA流すようにする場合を考えてみましょう。
並列のLED2つで30ｍA流せばいいので、R=V/I＝（5-2）/0.03＝100Ω の抵抗をつなげばいいということです。 また、5個並列にすると、15mAｘ5＝75mA 流すので、（5-2）/0.075＝40Ω にすればいいことになります。
これについては、後で、50個のLEDを並列にして同時点灯させるところで確認しますが、適当な市販の抵抗値でワット数の大きいものがあれば、簡単に多数個のLEDの点灯ができそうですね。
ここまで、複数個のLEDを使い場合の様子や注意点を見てきましたが、ここまでの知識をもとにして、本題の「LEDをたくさん同時点灯させる」ということを考えていきましょう。
PRたくさんのLEDを同時点灯させる
今まで確かめてきた知識で、電圧と電流を調整することで、多くのLEDを点灯できそうだということがわかりました。
ｎ個のLED（2V・15ｍA）を「直列つなぎ」にすると、（2ｘn個）Vと、必要な電圧は高くなりますが、低電流という点が優れています。 しかし、1つが切れると、全体が消えてしまいます。
「並列つなぎ」にすると、電圧は低くても、同じ明るさにできるようですが、固定抵抗器のオーム数が限られていたり、（0.015ｘｎ個）Aの電流が流れるので、電流と熱対策をしないといけません。
そうなると、直並列の併用などにすると、ブロックごとに光る強さを変えたり、色によって光り方の違うLEDの光り方を調節したり・・・ということや、種類の違うLEDでも、光り方が違うので、それらを調節していけば、かなりたくさんのLEDを同時に点灯させることができそうだ・・・ということが推測できます。
ただ、頭の中でイメージできても、実際にそれでイルミネーションを作ろうとすると、いろいろな条件が加わるので、簡単とは言えないのですが、できそうなことだけはイメージできます。
そこで、1つのLEDが切れても、あまり明るさに影響しない「並列つなぎ」によって、50個のLEDを点灯させてみようと思います。
ここでは実際に、多数のLEDを点けることに挑戦する場合の考え方やアプローチの仕方も交えて、砲弾型のLED（上で用いたものと同種類））を用いて、数を増やすとどうなるかを実際にやってみました。
1→5→10→20こを並列につないでみます
並列ですので、各LEDには同じ電圧が加わり、LEDの数が増えると、1つあたりの電流量が 1/n に減ります。下の写真は、電源5Vで電流制限抵抗を200Ωにして、順に数を増して点灯させた様子です。
20こつないでも、全てが点灯していますが、数が増えるにつれて、明るさが減少しています。（写真ではLED先端のレンズの位置や写真を撮る方向の影響で、写真の写り方が違っていますが、ほぼ全部が同じ明るさで光っています）
電流量を見ると、並列にすると、総電流量はほとんど増えていないけれども、LED1つあたりの電流量は減っています。
20こ点灯状態で、1つのLEDの電流を測ると、1mA以下（テスターは0mA）しか流れていなかったのですが、それを、19，18・・・とLEDの同時点灯させている数を減らしていくと、12こになったときに、ようやく、テスターの数字が1mAになりました。（誤差があるので、正確ではありませんが、14/20=0.7mA、14/12≒1.3 と、1mAを超えたあたりで「光っている」ように見えます）
明るく輝かせるためには、LED1つあたりで、少なくとも5mA以上の電流値がほしいのですが、そのためには、電流制限抵抗の値を小さくするのが1つの方法です。
ここでは5Vの電源ですので、R=10Ωの制限抵抗にすると、I=V/R＝（5-2）/10＝300mA で、LED1つだけの電流を15mAと仮定すると、 300/15＝20こ と、20個のLEDを明るく点灯できるはずです。
また、R=5Ωにすると、（5-2）/5＝600mAなので、600/15=40このLEDの同時点灯ができるし、さらに、1Ωの抵抗器の変えれば、200このLEDを並列にして明るく光らせる・・・ ということが計算上から予想できます。
PRここでは、1Aが許容値の電源ですし、LEDの特性の微妙な違いもあることを考えて、10Ωの抵抗器で、50このLEDを用意して、その点灯の様子を見ることにします。
このときの注意点としては、LEDの個数を、少ない状態から順に数を増やすと、少ない時点で電流が流れすぎて、LEDが焼き入れるので、一気に50こを点灯させる必要があります。
また、300mAの電流が10Ωの抵抗器に流れるので、0.3x0.3x10＝0.9Wなので、ワット数の大きい抵抗器が必要になるので、大きなセメント抵抗（5W）を使って点灯させたのが下の状態です。
実測値で262mAの電流が流れているので、やはり、すぐに抵抗器が熱を持ち、抵抗値が下がるので、電流測定がしにくかったのですが、やはり熱には気をつけないといけません。
50この場合では、1つのLEDの電流は6mAでした。 LEDを30こに減らすと10ｍAになり、20個では、13ｍAと、目標値に近い値になりましたが、下のように、見た目のLED1つ一つの明るさも電流量を反映しているようです。
本題は以上です。これだけのことをやっていくだけでも、結構楽しめますので、ぜひ、手を動かして楽しんでください。 以下には、LEDの関連する事項を紹介します。
LEDのダイナミック点灯
ここまでは、アナログ回路でLEDの点灯を見ていますが、LEDの個数が増えると、流れる電流が増えますし、熱対策なども必要になります。
そのため、しばしば、デジタル回路を用いて、「ダイナミック点灯」という方法が取られます。
PR一般的には、「タイマーIC」と「カウンターIC」を用いて、多数のLEDを順番に断続的に点滅させる方法が一般的ですが、点滅する間隔が短いと、人間の目には残像が残って、「点滅ではなく点灯している」状態に見えます。
これを利用して、たくさんのLEDを同時点灯しているように見せよう・・・と考えられたのが「ダイナミック点灯」と呼ばれる方法です。
これについては、デジタル回路を紹介する機会があれば紹介しますが、ここでは触れません。（こちらに関連記事あり）
例えば、ダイナミック点灯回路で、30個のLEDを、毎秒30回点滅させて順次に点灯させると、LED1つ分の電流で30個のLEDを点灯させることが出来る事になり、省電力化が可能になりますので、省エネ対策が必要な場合は、これを利用する場合が多いようです。
交流でもLEDは問題なく点灯します
LEDは「発光ダイオード」と呼ばれるように、ダイオードですから、本来から「一方にしか電流を流さない」整流作用があります。
そのために、交流であっても、問題なく点灯するはずです。
トランスを利用して100V の電圧を下げて、LEDを点灯してみました。
電源電圧は6.6Vで、217Ωの抵抗（いずれも実測）を付けて、順電圧3.5Vの白色LEDをつなぐと、写真のように、明るく点灯します。
交流は、プラスマイナスの電流電圧が交互に入れ替わっていますので、LEDはどちら向けにつないでも整流（半波整流）されるので点灯します。
下のように、10個の白色LEDを交互の向きにつないでみても、下の写真のように、問題なく点灯しています。
これも何かの折に覚えておくと使えるかもしれません。
PR更に寄り道です。
7色に点滅するLEDが販売されています
アマゾンで7色に自動点滅するLEDがあったので購入しました。（次のページでいくつかのLEDを紹介しています）
これは、「順電圧3.5-4.0V LED5mm RGB（Fast）」という表示があるMade in Chinaのものですが、100球1パックを購入したのですが、1つが10円程度で、嘘みたいに安い価格で、点灯させるとカラフルで、見ていても、非常に面白いものです。
基本の1つを点灯する回路で、220Ωの電流制限抵抗をLEDをつないだだけですが、色を変えながら点滅します。その様子を動画で撮っています。 →ユーチューブの画像を見る
また、トランジスタの増幅を利用して、これを使って遊んでいる記事（→こちら）もあります。参考に。
ただ、これを交流で点灯させるとダメでした・・・
電源はこれまで使った5Vを用いて、その他もこのHPで説明用に使っているものですが、これを「交流電源」につないでみました・・・ が、結果は、うまく点滅しませんでした。
点灯するのですが、7色の変色も点滅もしません。（LED3つを並列にした写真です）
そして、普通のLEDでは、極性に関係なく点灯しましたが、3つのうちの1つの極性を入れ替えると、3つとも消灯してしまいます。
このLEDがどんなものなのかも、どうしてそうなるのかもよくわかりませんが、ともかく 「なんでもやってみる精神」でやってみたのですが、ともかく、何でもチャレンジしてみると、その過程で、面白いことに出会えるかも知れませんね。
このように、LEDは気軽に色々なことを実験して楽しめます。Amazonや楽天には、LEDを使った電子工作製品などがたくさん販売されています。下のリンクを参考に何かで遊ぶと結構楽しめますよ・・・。
→ Amazonの電子工作用LEDのページへのリンク
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