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プロフィール

剣菱P

Author:剣菱P
剣菱Pと申します。
性別:男
年齢:27
二兎を追って一兎も得られないタイプ

マイコンやプログラミング、ニコニコ動画、雑記等
方向性は見えずとも、ちょっとずつ更新していく予定です!

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こんなブログでよかったらよろしくお願いしま~す。

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PICの勉強 LED


前回のPICの勉強でいきなりLEDを使ってしまいましたが、ここで少し説明します。

ご存知とは思いますが、いろんな所でピカピカ光ってるやつです。
このLEDというのは小学校の理科でやった電球のように、電圧をかけると光るわけです。
これまた理科で習ったように電流の大きさで光の強さも変えられます。
電球と違うのはLEDというのは発光ダイオードといってダイオードの一種で、
ダイオードというのは基本的に一方方向にしか電流を流しません。
電球の場合は電池につなげば光りましたが、LEDの場合は電池の向きに気をつけないと光ってくれません。
LED3.jpg
足の長いほうをアノード、短いほうをカソードと呼び、アノードに+、カソードに-をつなげると光ります。
逆はダメです。

でわ、まず用意したLEDのデータシートを見てみます。メーカーのサイトなんかに落ちてると思います。
データシートを見ると始めの方に絶対最大定格という項目があります。
LED1.jpg
これは何かというと、ここにある値を少しでもオーバーした場合は壊れますという情報です。
この値を超えて使用してはいけません。通常はこれの半分程度に収まるように心がけます。
上の表でいえば、
電流は50mA以上流してはダメ
逆電圧は4V以上かけてはダメ。(LEDに関しては逆電圧をかけることはほとんどありません。)
許容損失は120mW以内。(流れる電流 × かかっている電圧)
動作温度は-40~100℃
保存温度は-40~120℃

データシートを読み進めると、電気・光学的特性という項目があるはずです。
LED2.jpg
これはさっきの絶対最大定格と違って普段つかうときの情報が載っています。
「このくらいで使えばいいんじゃない?」っていう感じの情報です。たぶん
ここの項目で一番重要なのは順電圧というところです。
上の表では20mA流したときに1.9~2.4V程度の電圧降下がLEDに生じるということがわかります。LEDにも個体差がありますので標準~最大の値が示されています。

中学の理科でオームの法則を習い、V(電圧)=I(電流)×R(抵抗) ということを学びました。
抵抗の場合の考え方は、
「抵抗にある電圧をかけると、一定の電流が流れる」という風に電圧をベースに考えていましたが、
LEDの場合は
「LEDにある電流を流すと、一定の電圧降下が生じる」という風に考えたほうがいいかもしれません。
ちなみにLEDにはオームの法則は適応されません。

というわけで、まずは電流をいくら流すか考えます。
絶対最大定格であったように50mA以上は流せません。次にデータシートにある
LED4.jpg
Iv-If特性のグラフを見てみます。これは流す電流と光の輝度の関係を表しています。
このグラフ、一見ほとんど一直線で比例変化をしてるように見えますが、
メモリを見てみると、縦と横の軸が対数になっている両対数グラフです。
よって、1~10mAの間はほぼ一直線に輝度が比例して強くなるが、それ以降はあまり強く光らなくなります。したがって、5~10mAくらいのところで使うのが普通らしいです。

ってなわけで、10mAを流すということに決定します。
次にデータシートのIf-Vfグラフを見てみます。
LED5.jpg
これは流れる電流とLEDにかかる電圧の関係を表しています。
今10mA流すと決めたので、順電圧は1.82Vくらいだと読み取れます。
「よーし、じゃあ1.82Vの電圧をPICから出力すればいいんだな、おk」
で終わりたいところですが、そうもいけません。
PICが出力できるのは0か5Vのどちらかのみです。
5Vでは1.82Vを大きく上回ってしまいます。
ではどうすればいいのかというと、抵抗を使います。

LED6.jpg
余談ですが、抵抗の記号は今はこのギザギザマークじゃないらしいですね、これのほうが親しみがあるのでいまだにこっちを使っちゃいますが

本題に戻ります。
PICの出力端子から5Vを出力するとGND(0v)との間には当然5Vの電圧差があります。

LED7.jpg
LEDでは1.82v(めんどくさいので1.8にします)の電圧降下が起こるので
5-1.8=3.2Vの電圧が抵抗にかかることになります。

ここで電流が10mA 電圧が3.2Vなのでオームの法則より
V=I R

R=V/I
 =3.2(V) ÷ 10×10^-3(A)
 =320(Ω)

「おk、じゃあ320Ωの抵抗買って来るわ」
といいたいところですが、これまたうまくいかないもので
320Ωという抵抗は存在しません。
抵抗には系列というものがあって1から10の値を何分割かにした値しか存在しません。
たとえばE6系列には
1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8 の6個の値しかありません。
これに10の何乗かを書けた値の抵抗しかありません。
系列自体は E6 E12 E24 E96系列が存在します。

それで肝心の320Ωですが、はっきりいってこれに近ければよいです。結構適当です。
10mA流すというのも結構適当に決めたので、電流が流れすぎない値をとるなら320からもっと離れてしまっても正直問題ないです。(とりあえず光ればいいというのなら)
抵抗自体に誤差もありますしね。

近くの値をとるというのなら330Ωですね。

ってなわけで330Ωの抵抗をLEDに直列につければ無事に5VでLEDを点灯させることが出来ます。


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