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やってみよう!ledに流す電圧と明るさの関係を調べる

      2016/08/18

やってみよう!ledに流す電圧と明るさの関係を調べる

今回は「ledの明るさに電圧は関係しているのか?」という事を考えてみます。

電圧を上げても明るくならないどころか破損してしまったりするケースが多く見られます。

ledを明るくするにはどうしたらいいのでしょう?皆さんでも出来る実験なのでぜひ試してみて下さいね!

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Q.ledの明るさは電圧とは関係ないんでしょうか?

Ledに電圧をかけ、光らせようとした時、1.7Vくらいから光り始め、2vになったところで、いくら電源のつまみを回しても出力電圧は2vのままでした。
2vで最大の明るさとは限りません。
定電流電源などは使っていません。
その理由を入力抵抗や電圧降下が原因だと思います。
何故こうなるのか教えて下さい。

引用元-Ledに電圧をかけ、光らせようとした時、1.7Vくら… – 工学 | Yahoo!知恵袋

A.ledの明るさは電圧ではなく電流が関係している

発光ダイオードの中を流れる電子が受け取るエネルギーは、

・2ボルトから3ボルト程度の電圧と、

・電子の電荷(電気量)

を掛けた物。これが、光の粒(つまり光子)のエネルギーになります。
光子のエネルギーは、色によって決まっています。
(光を波としてとらえた場合の振動数に比例します。)
そのため、電流のあまり多く流せない電源では、つまみを回してLEDにかかる電圧が2V前後(赤色)を超えると、電圧が増えるのではなく、電流が増えた分、光子の量が増えます。
だから電圧は増えなくなってしまうのです。
もっとも、強力な電源で実験したら、LEDが焼損してしまいます。
青色の場合は、3V前後。
もっと波長の短い(振動数が大きい)紫外線だともっと高い電圧になりますが、あまり高い電圧だと、LEDそのものが壊れてしまうため、波長の短いものは作るのが困難だったわけです。

念のため、明るさと電流の関係を調べてみましょう。
自由研究でもできますよ。
超高輝度というようなものでない普通のLEDなら、メーカーの指定する標準電流以下では、電流と光量が見事に正比例していますよ。

引用元-Ledに電圧をかけ、光らせようとした時、1.7Vくら… – 工学 | Yahoo!知恵袋

電圧を下げると停止!ledの明るさを変化させる方法

LEDを調光して 明るさを変化させたい場合、電球のように 電圧を変化させても 調光することはできません。 
順方向電圧以下になると発光は停止してしまい、ほのかな明るさの部分が表現できません。
LEDの調光は PWM (Pulse Width Modulation) 方式を用いて 光が“またたかない” 程度の早さでONしている時間を変化させ、光っている時間を増減して明るさを変化させるのが一般的です。 
人間の目で見た時は残像によって明るさが変化しているように見えます。 
この変化は目の視感度と LEDの発光特性により、単にパルス幅を直線的に変化させるだけは不自然で、実際に調光して波形を変化させパルスの変化曲線を決める必要があります。
(細いパルスでも結構明るく感じます)
また出力にFETを用いる場合にはパワーFETは高周波に弱い性質から、あまり高い周波数でスイッチングすると 明るさが必要なときも十分な明るさが得られなくなるので注意が必要です。

引用元-LEDのコントロール

ledの特徴と注意点

・消費電力が非常に小さい(蛍光灯の場合50%、電球の場合20%程度)
・長寿命 (注1.平均40,000時間~50,000時間/半減期は60Kh)
・チラつきが少ない (注2 .直流回路)
・紫外線の照射量が微量 (虫を寄せ付けないので、清潔)
・有害物質が入っていない (蛍光剤・水銀が一切未使用)
・落下破損時に飛散しない (ガラス部品を使用していない)
・ノイズの軽減 (電子機器やTVに影響が少ない)
・目に優しい (人体に有害な紫外線が出ない)
・皮膚に優しい (人体に有害な紫外線が出ない)
・発熱量が非常に小さい(冷房効果をあげます)

注1:寿命に関しては、使用環境によります(安定した電圧環境の下では、寿命が延長することもあります。

注2:LED照明は直流で稼動します。LED蛍光灯を導入する際に現在使用中の蛍光器具に改造が必要になる場合があります。

注3:LEDは肌や展示物、食品等に悪影響を及ぼす、紫外線の発生が殆どありません。
しかし、紫外線が無いことで、肉眼での眩しさが感じないので、光源が暗く見えることがあります。

注4:LED照明の品質は、機器の設計、使用するLEDチップの選定・検査・組込工程から作りこまれます。

使用年数が長期にわたりますので、品質保証と正しい施工、確実な保守サポートまで考慮してください。

注5:LED照明は、初期コストが高額になります、省エネ効果だけはなくシステム全体で得られる環境改善果の把握が必要で

引用元-LEDの説明と照明器具としてのLEDの役割と効果。なぜ、LED照明機器がいいの?明るさだけがそのメリットじゃない・・

「ledを光らせてみよう!」自由研究におすすめ

温度が上がると電流-電圧の関係もこのグラフ通りではなくなってしまいそうです。

このように考えると、LEDを一定の明るさで光らせるのは大変です。

では、どうするか? LEDの明るさは、流れる電流で決まります。

電流を中心にして考えればよいのです。 電流を一定に保ってやれば、一定の明るさで光ってくれます。

とにかく電池からLEDに電流を約10mA流したい。

LEDを直接電池につなぐと、とんでもない電流が流れてLEDがこわれるし。

もっと流れる電流を減らしたい。

このようなとき、電気が流れるのをじゃまする(電流を抑える)働きをする抵抗の出番になります。

電池とLEDと抵抗を直列に接続すればよいのです。

抵抗値はいくつにすればよいか? これは簡単です。

1.LEDに10mAくらいの電流がかかってが光っているとき、LEDにかかる電圧は1.9Vです。

2.電池の電圧は3V、LEDと抵抗は直列につながっているので、抵抗にかかる電圧は 3-1.9 = 1.1V

3.抵抗に流れる電流はLEDに流れる電流と一緒(直列だから)で10mA

4.抵抗(R)=電圧(E)÷電流(I) だから、1.1V÷10mA = 110Ω

110Ωの抵抗は、入手しにくいので、100Ωの抵抗と10Ωの抵抗を直列につないでもよいですが、 すこしくらい電流が変わったところで、問題ではないので近い値として120Ωの抵抗を選べばOKです。

引用元-電子工作をはじめよう -11

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