購入したLEDを点灯させてみましょう
このような200球セットを購入しました。 安価ですが高輝度タイプ … とあります。
これを使ってこれらのLEDを点灯させるのですが、手を動かして自分で確かめるとわかりやすいでしょう。
計算や回路がわからなくても、自分でブレッドボードに回路を作って、自分でどうなるのかを確かめていってください。
5Vの電源では、200～220Ωの電流制限抵抗で点灯してみる
LEDが切れているかどうかはテスターを使えば確かめることができます。
しかし、従来の普通タイプか高輝度タイプなのかはわかりにくいでしょう。
そこで、200か220Ωの抵抗を直列につないで点灯してみると、高輝度タイプは非常に明るいのではっきりと見分けることができます。
ここでは5Vの電源を使うので、200Ωか220Ωの抵抗をつけて点灯させてみましょう。
LEDは今後は高輝度タイプになって従来の普通タイプは淘汰されるでしょう
これまでの砲弾型LEDは2Vの普通タイプがほとんどでした。
しかし現在では、私の手持ちLEDを見ると、すでに、高輝度タイプが主流になっています。
高輝度タイプは省エネで、非常に安く購入できるようになったのですから、いずれは、従来の普通タイプのLEDは消えゆく運命でしょう。
ただ、用途によっては明るすぎるぐらいです。
だから、明るさを変えて点灯させることを考える場合も出てくるでしょう。
オームの法則を使って点灯用の抵抗値を計算する
これまでは、書籍やWEBにあるLEDの点灯の説明では、普通タイプは2V・15ｍAとして、制限用の抵抗値を求めていました。
だから、抵抗に15mA流れることで、オームの法則を使って、R抵抗=E電圧/I電流＝（5-2）/0.015＝200Ω のようにしていましたね。この 0.015 はアンペアで、つまり15ｍAでそこそこ明るく点灯します。
上の回路をみると、抵抗とLEDが直列になっています。
だから、回路にはLEDにも抵抗器にも同じ電流が流れます。 そこで、LEDで2Vの電圧降下があり15mAの電流が流れる … として、上のように抵抗Rを計算しています。
ただ、今までの普通タイプのLEDは10mAでも15ｍAでもそんなに輝度は変わりません。
ともかく、200Ω程度の抵抗をつければ適当に光ります。
高輝度LEDは10mA流すだけで明るく点灯
ところが、新しく購入すると高輝度タイプです。
それに15ｍAを流して点灯させると、普通タイプの数十倍も明るいです。
だから、特に輝度が必要な場合を除いて、10ｍA程度以下の電流量で充分明るいのです。
数年前までの高輝度タイプといえば、「白色LED」のことでした。
この頃は、3Vで15ｍAの電流を流すことにして抵抗値の計算をしていましたから、10mAの電流を流して点灯させるとすれば （5-3）V/0.01A＝200Ω です。
つまり、LEDがどちらのタイプなのかがわからない場合でも、5Vの電源で200Ω程度の電流制限用の抵抗を直列にして点灯させてみればいい というをことです。
15mA程度では劣化もないので、このことを覚えておくといいでしょう。
今回の購入したセット品を見ると、5色の3mmと5mmのLEDがセットになっています。
だから、この場合でも、ともかく、200Ωの抵抗で点灯させてみます。
そして、明るさを見て、暗くしたい場合は抵抗値を高くすればいいのです。
実は、これらを調べてみると、色によって仕様が違っています。少し厄介ですが、そうなると、安易に考えてはいけないので、それを少し見ておきましょう。
高輝度タイプ 色が違っても同じように光るのかを調べてみます
5mmの5色のLEDを、5Vの電源でそれぞれに200Ωの抵抗をつけて発光させまして。
このように、赤と黄色はほかの3色に比べて少し暗い感じがします。
そこで、今回使ったLEDと手持ちの普通タイプで、下のような実験をしました。
これは、電圧を変えてLEDに流れる電流を測定しています。（注：これは、前のページで5000円以内で購入した工具部品では測定できませんので、参考に見ておいてください）
LEDは1mA程度の電流が流れると点灯します。 そこで、電圧と電流の関係を調べたのが下のグラフです。
これを見ると、やはり、高輝度タイプの赤と黄いろはほかの3色とは違うようです。
赤・黄は高輝度ですが、従来の普通タイプと特性が似ています。
でも、発光の明るさは普通タイプと比べ物にならないほど明るく輝いています。
点灯条件を揃えて点灯して、新旧LEDの明るさや違いを比較してみました
次に、今回購入した高輝度タイプと、（残り少ない中古品ですが）手持ちの普通タイプ6種類を、すべて220Ωの抵抗でセットして点灯させました。
（注）ここでは、秋月電子さんで220Ωの抵抗（100本 税抜き100円）を購入して、その中から、218～219Ωのものをより分けて使用しています。
点灯させると、このように、高輝度タイプの3mmと5mmの明るさはそんなに変わりません。
しかし、高輝度タイプと普通タイプを比べると、明らかに輝度に大きな差があります。
LEDは、流れる電流量で明るさが変わっているはずです。
そこで、LEDの電圧降下分から点灯時の電流を調べました
下図中の数字はLEDでの電圧降下の値です。
同じ条件で点灯させているので、点灯しているときのLEDの電圧降下を測れば、回路に流れる電流が計算できますから、電流を測るよりも簡単です。
この方法は簡単で、LEDの2本の足の間でテスターで電圧を測るだけです。
もしも、LEDの電圧降下が大きいと、回路全体の電流が小さくなります。 つまり、LEDは電圧降下分で発光している状態ということですね。
参考：順電圧という用語について
これは、LEDを発光させるための最低電圧という意味です。
LEDは1ｍA程度の電流でも発光します。 だから、ここでは、LEDが点灯している状態の電圧降下を測定しました。
数字を見ると、高輝度タイプは2.0～2.9V、普通タイプは1.8～2.1V になっています。
やはり、明るさを見ると、高輝度タイプの優秀さが歴然です。
つまり、電圧降下が最大の2.9VのLEDは （5-2.9）/220≒0.01A 、最小の1.8VのLEDは （5-1.8）/220＝0.015A の電流が流れて点灯しており、LEDにも抵抗にも同じ電流が流れているので、LED電圧の数字が小さいほど、回路にはたくさんの電流が流れていることになります。
言い換えれば、電圧降下が大きくて「明るい」LEDは、省エネのLEDといえます。 ここでは、高輝度タイプの青・緑・白が優れています。
高輝度タイプのLEDの明るさを見ると、10ｍA でも明るすぎるくらいです。
だから、用途によっては、もっと暗くなるように、抵抗値を上げて、電流量をもっと少なくしても問題ないようです。 明るすぎるのも眼によくありませんから。
試しに白色LEDの抵抗を4倍大きくしても、まだまだ明るい
200Ωの抵抗での点灯ではかなり明るいです。 右は、200Ωと810Ω を並べて点灯させています。
暗いようですが、パイロットランプなどには十分な明るさです。
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この時の電流量は、200Ωでは11mA、810Ωでは3ｍAの電流が流れて点灯しています。
LEDの実験などではこの程度暗くても充分です。 LEDの実験では、5mA以下 にして工作実験をするのが眼にやさしそうです。
家庭用のLED電灯も5ｍA程度で点灯させている
家庭の室内照明ランプも、蛍光灯がLED照明に変わってきています。
これは私の部屋の6畳用のLED照明です。
リング状に64個のLEDが埋められている 30Wタイプの器具で、ラベルには全電量が0.31A … と書いてあります。
これを単純に計算すると、LED1個当たりの電流量は 0.31/64≒0.0048A つまり、5ｍA程度でこんなに明るいのです。
だから、明るさを追求しない用途なら、3～5mA程度で充分だということですね。
つまり、従来計算で使っていた10～15ｍA流すのは大きすぎです。
高輝度LEDを点灯する場合の電流制限抵抗を考える
上の実験で電流消費が最大の「赤色」と最小の「白色」LEDで実験します。
ここでは、制限用抵抗値を 200Ω～6.8ｋΩに変えて点灯させてみました。
このように、流れる電流量が1ｍA以下では、やはり暗い感じに見えています。
しかし、1ｍA程度の電流であっても、普通タイプと比べると非常に明るく、度々、電流制限用の抵抗値を計算して求めるというのもいらない感じです。
結論的には、用途に応じて、200Ω～500Ω位の抵抗器を用いて、明るさを見て調節すればいいようです。
高輝度タイプの砲弾型LEDは500Ω程度の抵抗を使うといい
上の電流電圧特性のグラフから、5ｍAの電流を流す場合の電圧E を読み取ると、赤：2.1V 緑：2.7V 白：2.9V です。
これから 5Vの電源を使う場合の抵抗値を計算すると、R=（5-E）/0.005 から、赤＝580Ω 緑＝460Ω 白＝420Ω になります。
つまり、これに近い抵抗器を使えば5ｍA程度を流して光らせることができます。
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市販の抵抗器では、470Ωや510Ωなどになります。
でも、上の写真で見るように、少しの抵抗値の違いは、明るさに影響ないでしょう。
