高校の文化祭で電飾にLEDを使おうと思っているのですが、回路についてわからない部分があります。
まず、電源をコンセントACにすべく、抵抗器で電流を小さくしようと思います。図書室で電気回路について調べ、LED1つとプラグを使った検電器(コンセントに電流が来ているか調べるもの)の回路を見るとLEDと電源を抵抗器10kΩ(LEDに2V、約15mAがかかるそうです)を介してつないであったのですが、
(1)抵抗器は普通の乾電池を使ったあの小さな抵抗器でよいのでしょうか。それともセメント抵抗器(?)のようなものを用いるのでしょうか。
(2)LEDを例えば10本直列つなぎにするとき、抵抗器は10kΩ×1/10で1kΩを使えばよいのでしょうか。もし、並列のほうがよければご指摘ください。
電子工作はしたことがあるのですが、1年か2年ほどしていなかったので頭が錆びれてしまったようですので、御願いします。
あと、もしこの回路を応用できるLEDイルミネーションの回路図(探してみたのですが、見つからなかったので)を見られるサイトをご存知の方、教えていただければ嬉しいです。
長文になってしまいましたが、お分かりになる方、是非教えてください。御願いします。
No.2ベストアンサー
- 回答日時:
最低限、オームの法則は必要なのですが・・
通常のコンセントにきている電源は、AC100V、ただし、ピーク電圧は140Vあります。
LEDの両端の電圧は、色によって異なり、赤・オレンジ・黄・緑でおおよそ2V、青や白、その他中間色タイプはおおよそ3.6Vになります。
電流は、LEDの型番によって異なり、ずいぶん電流を流せる高輝度タイプもあるのですが、通常は15mAくらいを目安にすると良いです。
以上の条件から・・
LED1個を点灯させるときに必要な抵抗は、
抵抗にかかる電圧 = 140V-2V = 138V
抵抗値 = 抵抗にかかる電圧(138V)÷電流(15mA) = 9200Ω
LED10個直列だと・・
抵抗にかかる電圧 = 140V - 2V×10個 = 120V
抵抗値 = 抵抗にかかる電圧(120V)÷電流(15mA) = 8000Ω
抵抗の大きさは、抵抗で消費される電力によります。
抵抗で消費される電力 = 電流の二乗 × 抵抗
ですから・・
LED1個の場合だと・・ 15mA^2 × 9200 = 2W
LED10個の場合は・・ 15mA^2 × 8000 = 1.8W
と、なります。
実際には、9200Ωとか、8000Ωなんてのは売ってないので、最寄りの、電流がオーバーしない値・・
9200Ω ⇒ 10kΩ
8000Ω ⇒ 8.2kΩ
・・を、選びます。
大きさは、2W程度なら、セメント抵抗みたいに大きくなくてもあると思います。
とても詳しいご回答ありがとうございます。改めて電流の計算を見てみると趣深いです。明日必要に応じて電気パーツ店に寄ってみます。とてもわかりやすくて参考になりました。ありがとうございます。
No.9
- 回答日時:
取りあえず良かったですね。
こちらとしても何回か応答した甲斐がありました。
最後にしましょう。
くどいようですが、合計はあくまでも偶数です。
no6でも8でも、2個逆並列を先に作りそれを直列にと
推奨しております。
抵抗値は
16本(2×8)なら計算上8.4kΩ
14本(2×7)なら計算上8.6kΩ
(8~10kでもいけると思います)
nはLED段数(全個数ではない)として
R=(100-2n)/10 [kΩ]
にて求めてください。
抵抗のw数はNO6を参考に...
本当にありがとうございます。20個つなげることにしました。まだ文化祭までには時間があるので、できる限り・安全な限り多くつなげてみようと思います。皆様本当にありがとうございました。
No.8
- 回答日時:
下のような接続になります。
(テスタはACレンジ抵抗は一本)
|→→→・・・・→→→|--[抵抗]--|
|←←←・・・・←←←| |
| | |
|-- テスター --| |
| |
|----- AC ----------|
前回述べましたが下記の接続の方が無難です。
|→|→|→|・・・・|→|→|→|--[抵抗]-
|←|←|←|・・・・|←|←|←|
|
LEDは発光していますか?
発光していないのであれば、乾電池2本+100Ω(1/4W)
で、LED1本ずつ点灯と極性を確認しましょう。
接続が違えば点灯しませんので・・・・
>抵抗器のない状態
短時間だったらもつかも知れませんが、確実にLEDが切れますよ。
既に切れているのかも・・・・
>抵抗器のない状態と変わりなかったのです
とはなにが、どう変わらなかったのか解らないのでコメントできません。
ご回答本当にありがとうございます。補足を書く前に実験しておけばよかったのですが、大変ご迷惑をおかけしました。実際に10kΩを使って1つのLEDで恐る恐る実験したらできました。基礎的なことですが、テスターを直列につないで電圧を測っていました・・・。ともあれ、これでできそうです。あと、最後にお尋ねしたいのですが、逆並列のとき、例えば20個の場合10個と10個の直列を並列にすればよいですが、15個のような奇数この場合はどうなるのでしょうか。7と8に分けてもよろしいでしょうか。一応安全の為に・・・・。もしよろしければ、教えてください。
No.7
- 回答日時:
LEDは、品種によって(同じ色でも)特性がかなり違います。
電圧駆動を考慮した一部を除いて、基本的には電流駆動で使う(バラツキがかなり救済される)のが安心です。また、同じ品種でもかなり特性にバラツキがあります。同一ロットでも特性が揃わなくて選別して使ったことがありました。直列や並列で使う場合、この点を考慮に入れる必要があります。また、温度上昇によっても特性が変化します。これは特に並列使用の場合に要注意です。特定の1本に負担がかかる怖れがあり、連鎖的にすべて飛びます。パルス点灯する場合、過渡的な状態を見逃していて失敗したことがあります。
他の方の指摘にもありますが、逆耐圧の問題もありますね。これは直列の場合に恐いことになります。
電灯線を直接使用する場合、回路の角部分と周囲(人や大地や物)との間の耐圧の問題が出てきます。LED1個にかかる電圧は小さくても、ここと周囲の間に100Vかかるとなれば、それ相応の絶縁が必要です。感電よりも、そこでの漏電で回路の異常動作や火災の方が恐い。電飾となると、あまり太い線は使いたくないですよね。
電灯線利用ということで効率や小型化は無視して、コストも考えて、検討してみました。一応、私が仕事としてやる場合です。
1個づつの光量ムラを気にしないという条件です。まず、感電防止の意味で、電源をトランスで受け(電灯線と分離する)て、24v程度に落として(24Vのトランスは安いという程度の理由)、これをブリッジ整流(平滑は不要)して、トランジスタを使った定電流回路で駆動します。これなら、点滅や調光も簡単ですし。最近の白色LEDならば、20mAぐらい流せばけっこう明るいですから、1回路あたり8個ぐらい直列で点灯するとして制御用トランジスタにはTO220ぐらいのを使っておけば、特別な放熱はいらないでしょう。赤色なら順電圧が低いですから、1回路あたりの個数を増やせます。
回路と配線は、接地点もよく検討して、万一の地落や他回路との接触でも安全な方向に働くように工夫する必要があると思います。また、細い線を使うと、数メートルの長さでもけっこうな抵抗になることを忘れずに。
安全には万全を期しているのですが、やはり安全重視のためには装置が大胆になりますよね。なるべく安上がりのほうが良いのです。100円均一にも点灯式のクリスマスツリー用の明かりがあるのですが、実際に作ってみようと思ったのです。LEDは家にありますし、抵抗器さえあれば安いですから。
でも、今後の設計にとても参考になると思います。ご回答ありがとうございました。
No.6
- 回答日時:
a.2個逆並列を10回路直列に繋ぐ(計20本)
b.10個直列を並列に逆方向に繋ぐ(計20本)
どちらでも変わりはありませんが、どちらかと言えばa.を
お勧めします。
理由は、1個々々に掛かる電圧が間違いなく2Vに固定されるからです。
但しこの場合は、抵抗は8KΩ0.8W(規格上1W)
もっと数を増やせば
25個×2 では5KΩ0.5W=1/2W
50個×2 では0KΩ0wすなわち抵抗不要
(ここまでいけば並列にせずとも逆耐圧が得られます)
この回答への補足
逆並列というのは
LEDの電流の流れる方向を→とすると、
→→・・・→→
←←・・・←←、と言うことでしょうか。度々すみません。あと、今日実際に作ってみました。simple is bestと考えてプラグに(例の本に書いてあったように)のなかに接続しました。教えていただいたように、(15個つなぐため約6.6kΩの)1Wを使ったのですが、テスターで測ってみると抵抗器のない状態と変わりなかったのです。プラグの左右を差し替えても変わりません。計算では30Vになるはずなのですが、変わりませんでした。両極に抵抗器をつなげなければならないのでしょうか。また教えていただければ嬉しいです。
No.5
- 回答日時:
逆耐圧について追記します。
LED1個だけを考えた時、
1.順方向に電圧が掛かった時だけ電流が流れます。
この時、実効値100v(ピークは141V)の殆どが抵抗で電圧降下し
LEDの両端は最大でも2Vにしかなりません。
2.逆方向に電圧が掛かった時は暗電流しか流れません。
(暗電流:ダイオードの僅かに流れる逆方向電流)
従ってこの時の抵抗による電圧降下は殆ど発生しません。
よって、逆方向に電圧が掛かる場合は全電圧がLEDに掛かる、
と言う理屈になります。
3.提案した、LEDを2個正逆並列に繋いだ場合(当然抵抗は1本)
1.の状態が正方向、逆方向相互に発生する訳でLED両端の電圧は
実効値2V以上にはならないのです。
安全性は問題ありません。
1wの抵抗は、結構大きいですよ。
大昔の真空管式の回路をご存知の方だったら、簡単に想像できると思いますが、
TR式ラジオでもあまり1wの抵抗は見かけなかった様に思います。
ましてや、現在のIC多用のラジオなどに有りますでしょうか
わかりませんが、部品やさんで実物を御覧になって下さい。
別の意味で、安全性ということであれば
1.感電防止
2.1W抵抗の発熱による焼損とヤケド
にご注意下さい。
ご回答ありがとうございます。再度すみませんが、LEDは10個それぞれを並列に、つまり10本の枝を作ったほうが良いのでしょうか。
結構品揃えのあるパーツ店がありますから、そこであたってみます。ありがとうございます。
No.4
- 回答日時:
抵抗の熱容量で色々出ているようですが、単純にLED無しで
概算になりますが、10kΩの抵抗だけで考えて見ましょう。
実効値100vのACに10kΩなので電流は
100v/10kΩ=10mA
消費電力P=100v×10mA=1W
LEDで半波分を想定すると1/2Wとなります。
(LED消費電力は2v×10mA/2=10mWなので実質はもう少し
減りますが1/4Wでは足りません)
別の意味で注意点を下記します。
LEDの逆方向耐電圧は大丈夫でしょうか?
141V以上の逆耐圧が必要です。
私だったら、LEDを並列に逆方向につないで逆耐圧を防止します。
(この場合は抵抗は10KΩ1W必要になります。)
一応「交流なのでLEDは向きを考えなくてもよい」と本に書いてあったのですが、うっかり何Wかを確かめていませんでした。生半可な知識ですみませんが、並列につなぐと安全なのでしょうか。あと、どのような種類の抵抗を使えばよいでしょうか。他の方の仰るとおりラジオで使うような抵抗でよいでしょうか。
ご回答ありがとうございます。ご返信いただければ幸いです。
No.3
- 回答日時:
No.2です。
ごめんなさい、少々訂正です。電力の計算は・・少々難しいのですが、波高値ではなくて実効値となるので・・
波高値15mAの半波整流波形の実効値が・・15mA÷π=4.8mA
LED1個の場合だと・・ 4.8mA^2 × 9200 = 0.2W
LED10個の場合は・・ 4.8mA^2 × 8000 = 0.18W
これなら、普通のラジオに使うような、1/4Wサイズの抵抗で十分間に合いますね。
この回答への補足
難しいですね・・・。普通の抵抗でよいのですか!あの小さな抵抗に100V流すと言うのがなかなか勇気が要りそうな感じですが、本当にありがとうございます。
補足日時:2005/06/08 20:40お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
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