【LED】 LEDの使い方は

LEDの特徴・制御方法は
マイコンボード(出力 5V)でLEDを発光させるためには抵抗を入れないとLEDは壊れてしまうことがあります。また、LEDをグラデーションに調光することも可能です。そのためにはLEDの特徴を理解し使いこなしましょう。
    LEDで使う抵抗の計算方法とは
    ○ Arduino や Raspberry Pi 、 micro:bit などのマイコンボードで制御(自動制御)を学ぶ時、まず初めにLEDを光らせる実験があります。GPIOから出た信号でLEDを光らせる実験です。「なんだ簡単じゃないか」と思われますが、豆電球と乾電池とスイッチの組み合わせなら簡単です。乾電池2個でも3Vなので豆電球は壊れません。しかし、マイコンボードから流れる電圧は5V、LEDの色にもよりますが1.8~3.8Vなのでか過電流が流れると壊れます。

    ① 正常
    ② 頭部破損
    ③ 破裂(上動画)

     少し多めに電圧を上げましたが(よいこはマネしないでね。危ないから)、こうならないために抵抗が必要になります。

    計算方法は

    〇 LEDの色によって電源電圧は 1.8 ~ 3.8 Vまで異なります

    発光色
    順電圧[V]​ 2.0 2.1 2.2 3.2 3.2 3.6
      
    ① LEDを点灯するには

         電源電圧 E = 5 [V]      LED の順方向電圧 VF = 2 [V]   (赤)
         LED に流したい電流 IF = 20 [mA]
      図1だとLEDは壊れます。    図2は抵抗(R)と LEDだと LEDは光ります。
      壊れないためには抵抗を幾つにすればいいのでしょうか

    ③ 2つ公式が必要になります。

    オームの法則
       V=IR
            

           V : 電圧[V] ​
           R : 抵抗[Ω] ​
           I  : 電流[A]
     
    電力の公式
       P=VI            (2)

           P : 電力[W]
       P=P1∔P2          (3) 
      式(3)より、
       VI=V1I+V2
         I=一定 
       V=V1+V2

    << 例 >>

    下記の図のそれぞれの電力を計算しなさい、
    << 解答 >> 
       下記の様になります。
     
    ④  LED で使う抵抗の計算式は

     下記の様な式で求める。
             ​V=VR+VL
    VR=V-VL          (4)

     ◎ 下記の条件の時
      ・ 電圧 V = 5 [V]   ・ LED の順方向電圧  VL = 2 [V]   ・ LED に流したい電流 = 20 [mA]      式(4)より
     VR=V-VL
     VR=5-2
                =3 
             式(1)より
                     R=3/0.02 
                  ​             = 150    Ω

    LED で 発光させるのに用いる抵抗は

    〇 計算で 抵抗は 150 Ω 以上 必要になります。
        抵抗は ±10%  135 ~ 165 Ω になります。
     発光ダイオード(抵抗付)は着色レンズタイプのLEDで、保護抵抗は220Ωが付属しています。
     150Ω以上の抵抗で入手し易いのが、220Ωという説もありますが・・・。
     参考文献やパッケージされたArduino等の実習キットなどに入っている抵抗は220Ωなので結論は・・・

          220 Ω の 抵抗があれば LEDは壊れずに発光します。 

    〇 マイコンボードでGPIOからの信号でLEDを発光させるには220Ω抵抗と組み合わせて使用して下さい。

    デジタル信号 0 1 の世界で何故フルカラーで表示できるの?

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