LEDの明るさ調整。必要な抵抗値は？

Question

質問概要

LEDの明るさ調整。必要な抵抗値は？

詳細
LEDと乾電池を使って簡単な実験を行いたいです。
単三乾電池３個を直列つなぎにします。
これで４.５ボルトの電圧が得られます。
これに無指向性の高輝度LEDを繋げて発光させます。
ただ単に発光させても面白くないので
抵抗を２個か3個か用意して、切り替えて繋ぐことで
明るさを変えたいと思います。
抵抗を２個用意する場合は、
明るさ最大(無抵抗)
2番目に明るい(抵抗r1)
3番目に明るい(抵抗r2)
無灯(スイッチオフ)
とすれば、3段階(無灯を入れれば4段階)の明るさ調整ができます

抵抗を3個用意する場合は、
明るさ最大(無抵抗)
2番目に明るい(抵抗r1)
3番目に明るい(抵抗r2)
4番目に明るい(抵抗r3)
無灯(スイッチオフ)
とすれば、4段階(無灯を入れれば5段階)の明るさ調整ができます

この時、明るさの変化を明確に感じ取れるようにしたいです。
抵抗を2こ使う場合は
2番目に明るい(抵抗r1)とする場合、無抵抗の時と比較して電流を66%(33%減)
3番目に明るい(抵抗r2) とする場合、無抵抗の時と比較して電流を33%(66%減)
とすれば、それに比例して明るさも
33%減、66%減、となるのではないかと思います。
そこで質問です。
Q1
LEDの明るさは、上記の予想のように電流量に正比例しますか？

Q2
Q1の答えが「その予想は正しい。LEDの明るさは、上記の予想のように電流量に正比例する」
の場合、抵抗r1、r2は何Ωの抵抗を用意するのがいいでしょうか(抵抗２個使用の場合)

tknakamuri · Accepted Answer

>電流が半分になったって人間の目には半分に感じませんよ。

はいはい、それは誰でも知ってますよ。
でも「明るさ」は光の仕事率を比視感度で補正したもので測るのが基本。
それを感覚でどう感じるかは又別の話。

xs200 · Answer

Q1. 電流と比視感度は定格内ではほぼ比例していると考えてかまいません(図のLEDでは350 mAが100%)
Q2. データシートを見ないと決められません。図の特性のLEDであればIfが350 mAのときのVfは2.84 Vなので抵抗値は4.7 Ωになります。700 mAにするにはVfは2.99 Vなので2.2 Ω、1000 mAなら3.12 Vだから1.4 Ωとなります。簡単な実験ということで電池の電圧降下(単三3本!)、LEDのバラツキは無視しています。同じ電流を流してもLEDの色が違えば明るさは変わるのでたとえば赤色LEDと緑色LEDの明るさをそろえようとしたら抵抗値は変えなければなりません。

kabasan · Answer

自分でやったことが無いのに回答している人がいますね。
電流が半分になったって人間の目には半分に感じませんよ。
オーディオの音量も同じ。
特に高輝度LEDは人間の視感度MAXを超えて飽和してるから見る距離によっても変わる。
自分で実験してそれを楽しまなきゃ。

tknakamuri · Answer

Q1 だいたい比例します。下図

Q2
(電源電圧-LEDのVf)/必要な電流量
で求めます。
但し、Vfはコンマ数ボルトくらいばらつくので
電源電圧とVfが近いと明るさがバラつきます。

尚、抵抗無しはご法度。電流が不安定になるし、
下手すると数百mA流れるので、ものによっては壊れます。

isoworld · Answer

回答No.1は間違っています。

isoworld · Answer

明るさ最大（無抵抗）というのは重大な誤りです。無抵抗にしてはいけません。

LEDの基本的な理解としてまず必要なことは、LEDは電圧をかけて点灯させるのではなく「電流を流して点灯させる」ということです。LEDは豆電球を点灯させるような理解では使えません。

LEDの規格なり仕様を見ると、Ｉf（順方向電流）とＶf（順方向電圧降下）というのがあります。
LEDにＩfという電流を流すと、LEDの両端にＶfという電圧が発生する、と思ってください。Vfは結果として得られる電圧です。LEDにＶfという電圧をかけて使うのでは決してないわけです。

これから分かるように、LEDに供給する電圧（単三乾電池３個を直列につないだときの電圧）をVsとすると…

Ｉf＝（VsーVf）／R　Ｒ：電流制限抵抗

となります。ＶfはＩfに関わりなく、概ね一定です（多少は変わります）。

ですから、「明るさ最大」にするときは、Ｉfを規格上の最大電流に設定すればよく、それでＲ（明るさを最大にするときの電流制限抵抗）が決まります。

Q1（LEDの明るさは、上記の予想のように電流量に正比例しますか？）

概ねそうなりますが、ＶfはIfで多少は変わりますから、正確には正比例しません。

Q2（Q1の答えが「その予想は正しい。LEDの明るさは、上記の予想のように電流量に正比例する」）の場合は…

すでに説明した内容を理解できれば、自分で答えが出せます。
望ましいのはLEDに流れる電流をＲではなく、電子回路で制御することです。

なお、Ｒ（電流制限抵抗）によってLEDに流す電流を調整すると、Ｒに無駄な電気エネルギーを消費させるだけではなく、その電流が大きい場合はＲの発熱が酷くなります（Ｒの許容Ｗ数に注意）。

そのため、ハイパワーのLED（たとえば１個で３W）を使う場合は、ふつうはＲ（電流制限抵抗）で流す電流を調整したりしません。PWMという方法を使います。PWMの電子回路を組むのには電子工学の専門知識と経験がいります。
これを使うと、かなり正確に明るさを1/2とか1/4にできます。

桃吉郎 · Answer

LED(発光ダイオード)のMax電流値は20mAです。従ってくい4.5Vを20mAで割ると225Ωとなります。なお折抗と光方は正比例しませんので実験でたしかめて下さい。

LEDの明るさ調整。必要な抵抗値は？

>電流が半分になったって人間の目には半分に感じませんよ。

Q1. 電流と比視感度は定格内ではほぼ比例していると考えてかまいません(図のLEDでは350 mAが100%)

自分でやったことが無いのに回答している人がいますね。

Q1 だいたい比例します。

回答No.1は間違っています。

明るさ最大（無抵抗）というのは重大な誤りです。

LED(発光ダイオード)のMax電流値は20mAです。

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