ゆるく楽しむプログラミング

LEDを点灯:Lチカ

LEDを光らせるだけならmicro:bitやArduinoのマイコン制御や大げさな電子回路は必要なく、適切な電圧を掛けてやれば光ります。
LED(発光ダイオードは)大体、こんな見た目をしています。


色は赤、緑、黄、青、白
大きさは3mm、5mmが一般的
です。

色と大きさが同じなら特性値は大体似たようなモノなので、詰め合わせで買ったとかその辺に転がってたとかで仕様が不明の場合は似たようなLEDのデータシートを参考にすればよいです。

 一般的には
 ・If(順方向準電流):20mA
 ・VF(順方向電圧降下):2.1V
 ・Vr(逆耐圧):5.0V
 位が多いと思います。

ダイオードなので
アノードからカソード方向には電流が流れますが逆方向には流れません。
電流が流れた時に光ります。

LEDの定格値

発光ダイオードの定格値で大切なのは次の3項目です。
順方向電流 
 If  LEDに流してよい電流。
20mAの場合が多い。 
   
順方向電圧
 Vf  LEDにかける電圧。
1.8V~2.2Vくらいが多い。
順方向電圧Vfをかけた時にIfの電流が流れる。 
   
逆電圧
 Vr この電圧以下ならプラスマイナスを逆にしても電流が流れない
   



もう一つ注意しておきたい規格値に「絶対最大定格」があります。
「絶対最大定格」はLEDを使う時の限界値のことで、 これを超えると壊れることがあるという値です。
順方向電流、逆方向電圧の絶対最大値はウッカリすると超えてしまいやすいので注意が必要です。
使用温度の絶対最大値などもありますが…80℃とかですから、こちらは気にする必要はないでしょう。
※半導体は温度で特性が変わるので、定格値は25℃で使用した場合が想定されています。

順方向電圧は 白・電球色・青・青緑では3.2V程度と高い場合があり、ウッカリで壊れにくいです。
※モノによって、また個体によっても異なります。

真面目なLチカ回路

micro:bitやArduinoの端子に直結するとLEDによっては一瞬光って壊れます。
一般的なLEDの場合、マイコンの端子(3.3Vか5.0V)では電圧が高すぎて電流が流れすぎてしまいます。
なので、適切な電圧を掛けるために適切な抵抗を入れてやる必要があります。
配線図で描くとこんな感じです。



実際に配線するとこんな感じになります。
この穴がいっぱい開いてる白い板はブレッドボードと言います。
電子回路の実験や試作には必須のパーツですね。


Lチカ回路にくっつける抵抗値の計算方法(一回計算しておけば大体で何とかなる)

具体的な抵抗値の計算方法ですが、電源電圧VとLEDのIf(順方向電流標準電流)、Vf(順方向電圧降下)から求めます。
基本的には中学理科で習う V=IR 、 R=V/Iの応用です。


電源電圧5Vの内、LEDに掛かるVf(順方向電圧降下) 2.2Vを引くと 抵抗にかかる電圧が2.8Vである事がわかります。
※分圧の考え方です、詳しくは「キルヒホッフの法則」を調べてください。

直列回路なので抵抗に流れる電流もIf(順方向電流標準電流)と同じ20mAです。
なので抵抗値は R=(電源電圧 - 順方向電圧Vf)÷順方向電流If で求められますので

R = (5 - 2.2) ÷ 0.02 = 140Ω

この抵抗は電流が流れすぎないようにするためのモノなので、140Ω丁度の抵抗を用意するのが難しい場合は、140Ω以上の抵抗なら問題ないです。

同様にmicro:bitやRaspberryPiの電源電圧が3.3Vの場合は

R = (3.3 - 2.2) ÷ 0.02 = 55Ω となります。

この抵抗値はLEDの定格値からみた適切な値ですが、マイコンボードから見ると少し事情が違います。
マイコンボードの端子に流してよい電流はこのようになっています。
 Arduino UNO  20mA (最大40mA 合計100mA) ※機種毎に異なる模様
 micro:bit  5mA
 RaspberryPi  16mA (最大50mA) ※ソースが複数あり正しいか不明。

これをふまえて、マイコンボードの端子に電流が流れすぎないように設定します。

micro:bitの端子出力は3Vですが、端子から引き出せる最大電流が 5mA しかありません。
I = R/V の応用で
I < R ÷ (V - VF) から
0.005 < R ÷ (3.0 - 2.2)
R > 160

通常は定格の半分位で使うものらしいので 330Ω位の抵抗を入れるのが良いようです。

そんなに少しの電流しか流れなくて大丈夫なのか(ちゃんと光るのか)心配ですが
安心してください、ちゃんと光ります。
1KΩでも充分な明るさです、2KΩになるとチョト暗いかな。


雑なLチカ回路

写真のLEDの場合 VFの最大値は2.6Vなのでエネループ直結でも光ります。
※エネループの電圧は1.2V、アルカリ乾電池は1.5Vなのでアルカリ乾電池でやるとLEDが壊れます(多分)。


割と使えるLチカ回路

Lチカ回路の導通チェッカー
テスターを引っ張り出さなくても導通確認が簡単にできるチェッカーが作れます。
パーツボックスに入れておけるので直ぐに使えて便利。


解説動画