電子工作を始めたいけどよくわからない方。
簡単な回路から少しずつレベルアップしながら電子回路を学んで見ませんか？
初回はLEDを点灯させてみましょう！
LEDとは
LEDは発光ダイオードという半導体でLight Emitting Diodeの略でLEDと呼ばれています。
低消費電力、長寿命といった利点があり近年では様々な製品に使用されています。
電球との違い
LEDは電球との違いは下記のとおりです。
| LED | 電球 | |
|---|---|---|
| 極性 | 有 | 無 |
| 消費電力 | 少 | 大 |
| 発熱 | 少 | 大 |
| 寿命 | 長い | 短い |
LEDは電球と比較すると低消費電力、低発熱で効率が良く長寿命ですが＋ーの極性があることに注意が必要です。
また少ない電流で発光できますが直接電圧をかけてしまうと電流が定格を超えて流れるため抵抗を入れて電流を調整する必要があります。
価格については一般的に電球のほうが安価ですが電子工作で使用するような豆電球ではLEDの普及で豆電球のほうが高価な場合もあります。
LEDの種類
LEDには大きく分けて３種類のタイプがあります。引用：秋月電子通商
・砲弾型LED
よく電子工作で使用するLEDです。主に3mm,5mmのものが多く使われています。
・チップLED
製品の基板など小型化が必要な場面でよく使用されます。様々なサイズがありますがほとんどが米粒台のサイズで扱いが難しいです。
・パワーLED
光量が必要な際に使用されます。一般的にLEDは消費電力、発熱が少ないですがこのLEDは消費電力、発熱が多いため電気容量の確保と発熱対策が必要です。
LEDの極性
LEDにはアノード(+)、カソード(-)の極性がある。
電子工作で使用する砲弾型ではリード線の長いほうはアノード(+)、短いほうがカソード(-)になります。
LEDの定格
LEDは定格以内で使用する必要があります。
定格で特に注意の必要な項目が順電圧、最大順電流です。
定格を超えてしまった場合LEDは著しく発熱し、最終的に焼けて使用できなくなるので注意しましょう。
仮に順電圧が2V、最大順電流が30mAの場合LEDに2Vをかける事で30mAの電流が流れて発光します。
LED点灯回路
LEDの点灯回路は下記図のようになります。
この回路ではLEDと抵抗、ボタン、電池で構成されています。
ボタンを押すことでLEDが点灯する単純な回路になります。
制限抵抗の選定
この回路で使用するLEDの定格は2.9V,30mAです。
電源電圧３Vで使用したい場合、順電圧2.9Vまで下げ、30mA流せる抵抗を選定する必要があります。
抵抗値の計算はオームの法則より以下の方法で求められます。
抵抗値 = (電源電圧 - 順電圧) / 電流
今回の場合は
(3V - 2.9V) / 0.03A = 3.3Ω
となります。
これによりLEDに流れる電流を制限し、LEDに流れる電圧も２Vに降圧ができます。
しかし抵抗器にも定格があり、よく電子工作で使用されるサイズの抵抗器では1/4Wとなっており0.25W以内での使用をする必要があるので抵抗器の消費電力を計算します。
この場合抵抗器には3V - 2.9V = 0.1Vの電圧が掛かり30mA流れるので以下の式より
電圧 ✕ 電流 = 電力
0.1 ✕ 0.03A = 0.003W
が抵抗で消費されます。
0.25W以内ですので問題なく使用できます。
この回路をもとにLEDライトを作成してみましょう！
ここまでLED点灯方法を学べたと思います。
これらの部品は秋月電子通商
などで入手ができます。
今回紹介した部品をユニバーサル基板にはんだ付けして配線をすることでLEDを光らせることが可能です。
しかし、はんだに不慣れな方はユニバーサル基板での作製は少しハードルが高いと思います。
そこでＴＫエンンジニアリング株式会社でLEDライトの教育キットを作製しました。
この商品は部品とオリジナル基板がセットになったキットです。
基板にはすでに配線がされているので部品をはんだ付けするだけでLED点灯が行えます。
今はふるさと納税での販売ですが販売の場所を増やしていく予定です。
ちなみにこのキットはあるお菓子の空き箱に入れて使用することができます。（大人の事情で商品名は伏せます。笑）
最後に
最後まで記事をお読みいただきありがとうございます。
この記事をきっかけに電子工作の楽しさに気づいていただけたら嬉しいです。
今後も様々な電子工作についての記事を書く予定ですのでよろしくお願いします。