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【GOLF me!】初月無料お試し

こんにちは。
LEDの駆動方法を調べていてパルス点灯という方法が
あることがわかりました。

行っている概要はわかったのですが、実際の回路図
や部品等を調べることが出来ませんでした。

参考になるページ等知ってましたら情報をお願いいたします。

やりたいのは単にLEDを明るく点灯したい
電源は14V
LEDは白や青3.6V/25mAの3個直列回路が並列に3個

A 回答 (15件中1~10件)

PNP/NPNの違いについて若干補足させていただきます。



(1)PNPを使う場合は、555の出力レベルは、
  Trの電源電圧-0.7V < 555の出力 < Trの電源電圧+Veb(約5V)
とする必要があります。
(左の項はこれより低いとTrのドライブができない。右の項は5V以上高いとTrが壊れる可能性があるため)

これは大ざっぱに言うと、「555とTrの電源電圧は同じにすることが望ましい」ということです。

HA1555と一緒に使うのであれば、Trの電源電圧もHA1555の最大定格である18V以上にはできないことになり、1系列のLED数は最大3個程度となります。(並列には、A16に記載の通り増設可能)

(2)NPNの場合は、極性反転が必要なため、2段にする必要がありますが、電源を555と切り離すことができるというメリットがあります。
このため555は 5V、TrはVceの高いものを選び、高い電圧で使用する、といった使い方が可能です。
例えば、2SD1815(三洋)はVceが100Vありますので、余裕(安全性)を見て80V程度の電源を用意し、電流制限抵抗のマージンを10Vとしても、70V程度をLEDにかけることができ、これは1系列で15個のLEDをドライブできるということになります。並列に10系列並べれば、150個のLEDが5Vオペレーションの555 1個で点灯できるということです。
(これくらいの電圧になると、感電に注意する必要がありますが・・・(^_^;))

一段目のTrの電源はどちらにつないでも構いませんが、二段目と同じ電源につなぐなら、これに耐えられる耐圧のものを使う必要があります。
もし2SC1815を使うのであれば、555側につないだ方が安全でしょう。
一段目はPNPでも構いません。PNPの場合は必ず555側に電源を接続する必要があります。(理由上記)

(3)PNPの場合、555と同じ電源につなぐ必要があると申し上げましたが、「レベルシフト」を行うことで、別電源とすることができます。この場合両電源とも十分に安定であることが必要です。

レベルシフトは、555の出力(3Pin)とPNP Trのベースの間にツェナーダイオードと電流制限抵抗を入れることによって可能です。
例えば、2SB1201を使って電源電圧を40Vとし、555は18Vオペレーションとするなら、ツェナーダイオードは22Vのもの(例 東芝1S237 21.6V 1W型 最大電流38mA)を使います。
この場合、1系列で7個程度のLEDをドライブできる計算になりますから、25系統並列にするなら、
  25x7=175個
のLEDを、「たった1個のPNP Trでドライブできる」、といったシンプルな回路構成が可能です。

なお、50Hzでの点灯はチラツキがあり、お奨めできません。500Hz以上にすべきと考えます。

「できるだけシンプルでわかりやすい回路」を設計するのが回路設計技術者の腕のみせどころです。
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No.1です。



<回路図>
                        14V
                         I
                        RIF
                        LED1 
              14V       LED2
               I        LED3
              RC          I
               I          C
               C-RB2-TR2:B
555:3番-RB-TR1:B     I     E
          I     E   RBE2   I
         RBE    I    I     I
          I     I    I     I
          0V    0V   0V    0V
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N0.1です。



>1.前回までの回路ではLEDを電源から取っていたが、今回はコレクタから取っているのはどうして?

前回No.7でも、今回No.13でもLED側の回路は一緒です。

電源14Vに電流制限抵抗RIFの片側をつなぎ、その反対側はLED1のアノードへ行きます。
LED1のカソードはLED2のアノードへ行きます。
LED2のカソードはLED3のアノードへ行きます。
LED3のカソードは、前回No.7は1個しかないトランジスタのコレクタ(C)へ。
今回No.13は、2段目のトランジスタのコレクタ(C)へ行きます。

>2.その場合でもRIFの計算方法は変わらない?(LEDを2個や1個にした場合の計算が行いたい為)

前回No.7でも、今回No.13でもRIFの計算は変わりません。
LEDの個数が変わる場合は、式の「3個」の表記を2個や1個にして計算をすれば大丈夫です。
RIF=(14V-(Vf×3個)-VCE)/If
   ≒(14V-(Vf×3個))/If

>3.並列にRIF,LED,トランジスタ*2の回路を繋ぐ場合、RBとRBEは1つでよい?
  (その先を分けて各ブロックのトランジスタのベースに接続するのか)

1段目のトランジスタのRB、RBEですね。並列数分(チェーン分)つけます。
理由は、トランジスタには個別に特性が少しずつ違いますのでRBを小さくして、並列接続したトランジスタに一様に同じIBを配信する事が出来ないからです。
RBEはトランジスタのVBEを保証する物です。VBEが5V以上かかるとトランジスタの最大定格5Vを越えますので壊れます。現在の設定は約2Vです。RBEはRBと分圧抵抗の関係にありますので、これも並列数分(チェーン分)つけます。

>回路図は説明を元に作ってみました。
>部品として
>パルス回路
> IC*1
> コンデンサ*2
> 抵抗*2(パルス設定用)
>LED駆動部分
> 3番ピンへの出力の抵抗(RB)
> 抵抗(RB)とベースの間にアースへの抵抗(RBE)
> +電源からコレクタへ向けての抵抗(RC)
> コレクタから2段目ベースに向けての抵抗(RB2)
> 抵抗(RB2)と2段目ベースの間にアースへの抵抗(RBE2)
> 2段目コレクタからLEDの電流制限用の抵抗(RIF)

ここ違います。> 2段目コレクタからLEDの電流制限用の抵抗(RIF)。
接続は最初にあげた>1.前回までの回路ではLEDを電源から取っていたが、今回はコレクタから取っているのはどうして?、の回答にありますので参照ください。

<回路図>見づらくないかな?。
                         14V
                          -
                          |
                      RIF □
               14V   LED1 □
                -    LED2 □
555             |    LED3 □
――――|        RC □    Tr2  |
    |           | RB2   □――
    | RB Tr1 □――|――□―――□
  3番|―――□―――□        |  □
    |     |  □       |  |
    |     |  |       |  |
――――― RBE □  |  RBE2 □  |
          |  |       |  |
          |  |       |  |
          -  -       -  -
          0V 0V      0V 0V
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No.1です。



根本的にタイマーIC、555の使い方が違っていました。
TH=0.693(RA+RB)C ―――1式
TL=0.693(RB×C) ―――――2式
1式2式より、TL(先の設定の消灯時間)はTH(先の設定の点灯時間)より大きくする事が出来ないのです。

よってTHでLEDを消灯させ、TLでLEDを点灯するようにしなければなりません。
2SC1815をもう一つ追加して、555、3番出力を反転します。
つまりインバーターを入れます。

<修正版具体的回路>
ルネサスデータシート10ページの3番ピンにつながっているRLを外します。いらない。
3番ピンを抵抗RBを通して、先ず1段目となる2SC1815のベース(B)につなぎます。

RB=VOH/1mA
  ≒12.5V/1mA
  ≒10kΩ[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

1段目の2SC1815のベース(B)から抵抗RBEを通して電源のグランド(-側)へ落とします。
1段目の2SC1815のVBE:2Vとして(電源降下を考慮)考える。

RBE=(VBE/VOH)RB
   =(2V/12.5V)10kΩ
   ≒2kΩ[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

1段目の2SC1815のエミッタ(E)はグランド(電源-側)へ落とします。

ここまでは一緒です。ここから2段目の2SC1815を入れていきます。

1段目の2SC1815のコレクター(C)にプルアップ抵抗RC、1kΩを入れます。つなぎ方は抵抗の片方を電源14Vにつなぎます。その反対の片方を1段目のコレクター(C)へつなぎます。
RC=1kΩ[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

1段目の2SC1815のコレクター(C)は、まだつなぎます。3分岐。2段目の2SC1815のベース抵抗RB2、12KΩにつなぎます。その反対側は2段目の2SC1815のベース(B)。IB2≒1mA。
RB2=12kΩ[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

2段目の2SC1815のベース(B)から抵抗RBE2を通して電源のグランド(-側)へ落とします。
2SC1815のVBE:2Vとして(電源降下を考慮)考える。
RBE2=2kΩ[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

2段目の2SC1815のエミッタ(E)はグランド(電源-側)へ落とします。
2段目の2SC1815のエミッタ(C)をLED側の回路(RIF、LED3個)へつなぎます。

チェーンの構成は「RIF、LED3個、2段目の2SC1815、1段目の2SC1815」となります。
同じく200チェーンまで可能です。

<555定数設定>

条件1.100mA。2mSEC点灯。18mSEC消灯。デューティー比10%。周期50Hz。
条件2.70mA。4mSEC点灯。16mSEC消灯。デューティー比20%。周期50Hz。
条件3.50mA。8mSEC点灯。12mSEC消灯。デューティー比40%。周期50Hz。

とパルス点灯時の点灯時間、消灯時間、周期の数字を引っ張ってきましたのでこの数字に合うように555のRA,RB、Cの定数を選びます。

ルネサスの555の10ページ無安定回路、の式を見てください。
http://www.renesas.com/avs/resource/japan/jpn/pd …

TLは点灯時間を意味します。
Cはセラミックコンデンサ1uF、25V、±10%(許容誤差K)を基準に決めてしまいます。アルミ電解コンデンサーですと経年変化が激しいので耐久性のある物を選択します。
C=1uF

TL=0.693×RB×Cの式を
RB=TL/(0.693×1uF)と変形して求めます。
そうするとRBは
条件1.約2.88kΩ
条件2.約5.77kΩ
条件3.約11.54kΩ
となります。実際に売られている抵抗は±1%だとE96系列になりますので
条件1.2.87kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件2.5.76kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件3.11.5kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
です。

発振周波数は
f=1.44/(RA+2RB)Cの式を
RA=(1.44/(C×f))-2RBと変形します。f=50Hzです。前はf=20Hzとここも間違っていました。
そうするとRAは
条件1.約23.04kΩ
条件2.約17.26kΩ
条件3.約 5.72kΩ
となります。実際に売られている抵抗は±1%だとE96系列になりますので
条件1.23.2kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件2.17.4kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件3. 5.76kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
です。

たびたび間違えました。申し訳ありません。
わからない事、不明確な所がありましたら御質問ください。

御参考になりましたら幸いです。

No.12さん。あんたに言われたかないよ。

この回答への補足

何度も詳しいご説明ありがとうございます。

前からどうやって回路の設計をしているのかも疑問でしたが
こういう風に作っているのだなと感心しました。
(私はソフト屋さんやっています)

基本的な動作原理がまだ理解できていないので変な質問になるかもしれませんが、
お時間許す限りお答えいただけたらと思います。

1.前回までの回路ではLEDを電源から取っていたが、今回はコレクタから取っているのはどうして?
2.その場合でもRIFの計算方法は変わらない?(LEDを2個や1個にした場合の計算が行いたい為)
3.並列にRIF,LED,トランジスタ*2の回路を繋ぐ場合、RBとRBEは1つでよい?
  (その先を分けて各ブロックのトランジスタのベースに接続するのか)

回路図は説明を元に作ってみました。
部品として
パルス回路
 IC*1
 コンデンサ*2
 抵抗*2(パルス設定用)
LED駆動部分
 3番ピンへの出力の抵抗(RB)
 抵抗(RB)とベースの間にアースへの抵抗(RBE)
 +電源からコレクタへ向けての抵抗(RC)
 コレクタから2段目ベースに向けての抵抗(RB2)
 抵抗(RB2)と2段目ベースの間にアースへの抵抗(RBE2)
 2段目コレクタからLEDの電流制限用の抵抗(RIF)

 よって抵抗*6
 トランジスタ*1
 LED*3

 RB,RBEを除く部品はLEDのチェーン数分必要

という感じでしょうか・・・

勘違い、間違いありましたら是非ご指摘ください。

よろしくお願いいたします。

補足日時:2005/03/18 14:55
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No.1です。



★計算違いしていましたので、締め切るのはちょっと待ってください。
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No.1です。



タイマーIC555の時定数を求めてみましょう。

条件1.100mA。2mSEC点灯。18mSEC消灯。デューティー比10%。周期50Hz。
条件2.70mA。4mSEC点灯。16mSEC消灯。デューティー比20%。周期50Hz。
条件3.50mA。8mSEC点灯。12mSEC消灯。デューティー比40%。周期50Hz。

とパルス点灯時の点灯時間、消灯時間、周期の数字を引っ張ってきましたのでこの数字に合うように555のRA,RB、Cの定数を選びます。

ルネサスの555の10ページ無安定回路、の式を見てください。
http://www.renesas.com/avs/resource/japan/jpn/pd …

TLは消灯時間を意味します。
Cはセラミックコンデンサ1uF、25V、±10%(許容誤差K)を基準に決めてしまいます。アルミ電解コンデンサーですと経年変化が激しいので耐久性のある物を選択します。
C=1uF

TL=0.693×RB×Cの式を
RB=TL/(0.693×1uF)と変形して求めます。
そうするとRBは
条件1.約26kΩ
条件2.約23kΩ
条件3.約17kΩ
となります。実際に売られている抵抗は±1%だとE96系列になりますので
条件1.26.1kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件2.23.2kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件3.16.9kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
です。

発振周波数は
f=1.44/(RA+2RB)Cの式を
RA=(1.44/(C×f))-2RBと変形します。f=20Hzです。
そうするとRAは
条件1.約20kΩ
条件2.約26kΩ
条件3.約38kΩ
となります。実際に売られている抵抗は±1%だとE96系列になりますので
条件1.20.0kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件2.26.1kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件3.38.3kΩ[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
です。

最後に流す電流Ifが変わりますのでこちらも見直します。
日亜の白色LEDNSPW310BS(直径3mm、砲弾型、リードLED)の仕様書のIf対Vfより
日亜白色LED、8ページ、
http://www.nichia.co.jp/specification/jp/led_lam …

RIF=(14V-(Vf×3個)-VCE)/If
   ≒(14V-(Vf×3個))/If

条件1.If=100mA:Vf=4.75V:RIF=××Ω[××]
条件2.If= 70mA:Vf=4.40V:RIF=0.7Ω[金属皮膜抵抗±1%、定格電力1/4W]
条件3.If= 50mA:Vf=4.20V:RIF=27Ω[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

●条件1.のVf間違えていました。100mA流すとVfは4.25Vでなく4.75Vでした。この場合3個の直列はできなくなります。LED3個の直列(Vf×3個)14.25Vになってしまい電源電圧の14Vを越えてしまうからです。この場合は2個の直列となります。チェーン数を増やしてLEDを増やします。

わからない所がありましたら、また御質問ください。

御参考になりましたら幸いです。
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No.1です。



>点灯周期、ON、OFFの計算式が載っていたのですが、
>どうしても値を導き出すことが出来ませんでした。

この定数を導き出すには、先ず、LEDに何を使うか決定しなければなりません。先にLEDの仕様を決めるのです。

LEDが決定したら、そのLEDをパルス駆動した場合の安全動作領域を調べてください。安全動作領域に収まる電流、デューテュー、パルス幅にあわせなくてはいけません。それ以外ですと焼損、スローブローしてしまいます。

例に日亜の白色LED、NSPW310BS(直径3mm、砲弾型、リードLED)ですと最大定格の100mA流してパルス幅10mSEC、デューテュー10%ですので100mA流す条件のときは10mSEC点灯、90mSEC消灯となります。

この場合、周期は10Hzですのでちらつきが目立たない20Hzまで行かないので、またたいて見えてしまいます。

日亜白色LED、8ページ、デューティー比:許容電流特性グラフ(パルス駆動安全動作領域)
http://www.nichia.co.jp/specification/jp/led_lam …

NSPW310BSの仕様書のデューティー比:許容電流特性グラフからよさそうな数字を引っ張ると

1.100mA。2mSEC点灯。18mSEC消灯。デューティー比10%。周期50Hz。

2.70mA。4mSEC点灯。16mSEC消灯。デューティー比20%。周期50Hz。

3.50mA。8mSEC点灯。12mSEC消灯。デューティー比40%。周期50Hz。

とかになります。こうしてデューティー比:許容電流特性のグラフから数字を引っ張ってきて明るく感じる条件をいくつか試してみなければなりません。

ルネサスの555の10ページ無安定回路、図5無安定動作波形が参考になります。RA、RBの定数例と3番ピン出力の波形が載っています。

http://www.renesas.com/avs/resource/japan/jpn/pd …

今、手元に関数電卓がないので、また明日計算例を御回答します。

>あってるかわかりませんが、LEDを増やす場合は
>その数のドライブ回路が必要となると思ってよいので>しょうか。
>または、並列に出来る数は限られている?

555を使用した参考回路は例として日亜の白色LEDNSPW310BS(直径3mm、砲弾型、リードLED)のデータシートを元にしています。

100mAパルス駆動を駆けたときにVfが4.25Vです。この場合直列(1チェーン)で3個が限界です。なぜならVf×3個で12.75Vと電源電圧の14Vに迫ってしまうからです。
多くつけるのであれば、「抵抗RIF、2SC1815、LED3個」を含めた、このチェーンを555の3番出力に並列に接続しなければなりません。555のソース(流し出し電流は200mA可能なので、今IB(ベース電流)は1mAですので200チェーンは可能です。200チェーン、LED600個分です。

では、また明日。おやすみなさい。
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こんにちは。

お呼びのようです。m(__)m

つまり、ピーク電流が20mAでのダイナミックと20mAのスタティックでで比べるって事ですね。

すると光ってる時は、同じ明るさで、片方には消えてる時があるって事になります。

この場合は、残像があるにしても残像が同じ明るさで維持されるわけでもないので(残像も徐々に消えますよね)、少し暗くなるって事になるでしょう。
消えてる時間を上手にやるとあまり暗くなったのが判らない程度で節電になるかもしれません。

こればっかりはためしてみないとなんとも言えないでしょうね。
ただ、ためすだけの価値は結構ありそうな問題だと思います。
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この回答へのお礼

再度ご回答ありがとうございます。

節電。そこまでは思いつきませんでした。

部品がそろったら実際に実験したいと思います

お礼日時:2005/03/17 20:37

No.1です。



No.5さんのおっしゃる「残像現象で明るく見える」ということですが初めて知りました。

パルス点灯で明るく見えるということでしたらパルス点灯回路で光らせたら良いと思います。

パルス回路は定番なタイマーIC555(NE555)を用いると良いと思います。「タイマー 555」で検索するといろいろ引っかかって来ると思います。

参考URL
ルネサスデータシート555
http://www.renesas.com/avs/resource/japan/jpn/pd …
10ページの無安定回路です。

TIのデータシートNE555
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf
こちらも10ページ。無安定回路です。

定数決定参考URL
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1219342

このICは秋月電子通商で50円であります。
秋月電子通商URL
http://akizukidenshi.com/

NE555は電源電圧18Vまで使えますので御質問者様の電源14Vで大丈夫です。ルネサス製は16Vみたいです。

NE555の出力は吸い込み電流(シンク電流)は200mA以上あるのでドライブ用のトランジスタは必要ありません。

<具体的回路1:現実不可なので具体的回路2で!>

LEDパルス駆動電流を100mAと仮定します。

ルネサスデータシート10ページの3番ピンにつながっているRLを外します。いらない。

LED側の回路は、電源14Vの電源から抵抗RIF

RIF=(14V-(Vf×3個)-VCESAT)/100mA

   =(14V-(4.25V×3個)-2V)/100mA

××××!!。ダメですね。

555が100mA流したときのVCESATが2Vと高いので14Vでは直接つけることが出来ません。やはりトランジスタでドライブをかけることにします。トランジスタは定番の2SC1815を使うことにします。

<具体的回路2>

トランジスタの2SC1815は定番ですので秋月電子通商等でお求めください。

データシートURL
http://www.semicon.toshiba.co.jp/td/ja/Transisto …

LEDパルス駆動電流を100mAと仮定します。
2SC1815のhfeを100とします。
2SC1815もベース(B)に流すIB電流はこれより1mAとなります。

ルネサスデータシート10ページの3番ピンにつながっているRLを外します。いらない。

3番ピンを抵抗RBを通して2SC1815のベース(B)につなぎます。

RB=VOH/1mA
  ≒12.5V/1mA
  ≒10kΩ[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

2SC1815のベース(B)から抵抗RBEを通して電源のグランド(-側)へ落とします。

2SC1815のVBE:2Vとして(電源降下を考慮)考える。

RBE=(VBE/VOH)RB
   =(2V/12.5V)10kΩ
   ≒2kΩ[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/8W]

LED側の回路です。
電源14Vから、LEDの電流制限抵抗RIFを通してLEDのアノード(リードの長い方、回路記号では三角の辺の方)につなぎます。

RIF=(14V-(Vf×3個)-VCE)/100mA
   ≒(14V-(Vf×3個))/100mA
   ≒(14V-(4.25×3個))/100mA
   ≒13Ω[炭素皮膜抵抗±5%、定格電力1/4W]

VFを4.25Vとしたのは、電流を流すとVfが大きくなるからです。日亜の白色LEDNSPW310BS(直径3mm、砲弾型、リードLED)の仕様書を見ると100mA流して4.25VまでVfが上昇します。

LEDの3個直列の終わりの方のカソードを2SC1815のコレクタ(C)につなぎます。

2SC1815のエミッタ(E)はグランド(電源-側)へ落とします。

これでOKです。

比較的回路が簡単ですので工作等は大丈夫かと思います。

●点灯周期につきましては、20Hz以上でないとちらつきが目立ちますのでそれ以上にします。

また、どちらのLEDをお使いかになるかわかりませんが、パルス点灯時の安全領域の資料がありますので、その安全領域内での電流、デューティ-比で点灯される事をおすすめします。

わからない事がありましたら御質問願います。

御参考になりますことを。

この回答への補足

何度もご回答ありがとうございます。

詳しい回路の設計まで大変勉強になりました。

お教えいただいた555のデータシートを
読んでみました(深くまでは理解できませんが・・)

点灯周期、ON、OFFの計算式が載っていたのですが、
どうしても値を導き出すことが出来ませんでした。

あってるかわかりませんが、LEDを増やす場合は
その数のドライブ回路が必要となると思ってよいのでしょうか。
または、並列に出来る数は限られている?
お暇なときでよろしいのでアドバイスお願いいたします。

補足日時:2005/03/17 20:32
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また来ちゃいました。

m(__)m
No5の方と、私の言ってる内容は一見逆の様に見えますが、実は同じ事を、裏返しに言ってるだけなのです。

つまり、No5 の方は、「平均電流」といってますよね。
パルス点灯で電流を平均してしまうと、点灯時に流れてる電流は、デューティ比が1:1ならば、ちょうど、平均値の倍の電流が流れてるわけです。

平均値の定常電流で点灯してるより光ってる瞬間なら明らかに明るくなりますよね。

残像効果が見られる点滅間隔の間は、この理屈が成り立ちます。

以上、前の方にちょっとだけ補足します。m(__)m
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この回答へのお礼

LEDの点灯するだけでも奥が深いですね・・・

間違えているのかもしれませんが、
スタティック点灯で20mA
ダイナミック点灯で20mA
(温度他環境は同等と考えて)
を流した場合、後者が暗く感じるのでしょうか。

お礼日時:2005/03/17 18:06

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