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LED講座は一時凍結しております汗

さて、何をやってるのかと言うと
組み込みLEDを作るためにLED回路の仕様設計中です。

フォグ用にLEDを選定、電流If=50mAの赤LEDです。
実際のデータシートはこんな感じ。


電圧は1回路(車の電圧)15V以上かからないと決めておきます。



これはロジックボードと言って、回路を作るときに
いちいちはんだ付けしたりすることがないよう、簡単に
回路を変更し設計できる基板のようなものです。
抵抗の持ち合わせがないので、200Ωを並列に接続して
100Ωを作ってます。
(わかりづらいですが抵抗２本を並べています)


これで15Vの時50mA、実質オルタネータ(車の発電機)14V程度として
14Vの場合で30℃環境、40.5mA→10分後41.7mA流れています。


横から見るとそんなに明るくないように思えますが、半減角内で
直視すると少しの間色が判別できなくなるほど強い光です。
(太陽を見てその後色のあるものを見ても色がわかりづらい状態と同じ)
これで24時間放置して様子を見ます。

これが終われば本格的に基板に並べて製作に移りますので
お待ちいただいている方はもうしばらくお待ちくださいm(_ _)m


試しに近くに転がっていたZ33のリアランプ部に通してみました。
5球でこの明るさですので多数並べれば楽しい事に(^-^)
(要するにこの状態はポン付け交換球タイプと言うことですね)

写真の撮り方ではこんな事も出来ます…
(某オクとかで撮影方法を変えて過剰に明るく見せてる人もいますが…)
たくさんLEDを使ったらこんな感じかなと言うサンプルで。
部屋汚いので必要部分以外はモザイクです笑


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お待たせしました、実践編として
1LEDのセキュリティランプを
作ってみます。

まずは今回の製作で用意するもの。


部品類(左から)
・抵抗1個(今回は電流10mAまでとし1kΩを用意しました)
・収縮チューブ(配線が通るもの)適量
・LEDホルダー1個(LEDを固定するもの、見栄えもよくなります)
・LED1個
・はんだ適量
・配線適量(できれば色は2種類、片方赤・片方黒がベター)
電流計算が苦手な方は便利な部品としてCRDと言う物があります。
写真上がCRD(E-153)、下が抵抗(1kΩ1/6W)

CRDは規格で電流が決まっており、電圧が変動しても電流を一定に
保ってくれる便利な部品です。(写真は15mAのE-153と言うものですが
実用では10mA(E-103)等をおススメします)
方向があります、向きを間違えるとLEDが焼けます。
使う方は詳細をメールでお問い合わせください。お教えします。


工具類
・ニッパー
・はんだごて
・ドリル等車のパーツに固定するための物(写真はなし)

では製作です。
まず、LEDの足を加工します。+側(足が長い方)を少し残してカット。
接続する抵抗も同じくらい残してカットします。

カットした足には接続しやすいようにはんだメッキをします、部品を
何かで固定してはんだごてを当てて足を温め、はんだのみを溶かし付けます。
LEDは熱に弱いですから、このメッキ工程を５秒以内に終わらせます。
メッキの写真は後の配線にて掲載します。

メッキしたら次は接続です。
部品同士を近づけて足を当て、メッキ部を溶かしてくっつけます。

慣れれば足を当てながらはんだを追加することもできます。
誰ですか？タコになりたいと言う方は…笑



足の接続が終わったら配線を付けます。
まずは配線の接続前処理をします。
ニッパーで「軽く」挟み5mm程被覆をとります。

強く握ると配線を傷つける、もしくわ切れてしまいますので何度も
練習して感覚をつかんでください。

被覆がとれて配線に痛みがなければはんだメッキをします。

こちらは熱に弱いこともないので、しっかり作業してください。
(作業動画があるのですがみんカラはアップできないようですので…)

配線を付けるためにLEDと抵抗の足をカットします。その長さに合わせて
収縮チューブもカットしておきます。


配線に収縮チューブを通しておき、足に接続します。
赤は+側に、(写真では)緑は-側に接続して配線をしやすくします。
LEDはもちろん収縮チューブに熱を与えると縮んでしまいますので
はんだ時間は短時間、チューブはもう少し離してください。
(写真に写すためと慣れてるのでこの距離です)

しっかり固定できたら収縮チューブを奥までしっかりかぶせて
はんだごての先以外で収縮させます。完成です!!



一応テストしてみます。これは青白点滅なので点滅を繰り返します。


ブラケットを使って車のパーツに固定して+-を配線して終了です。
完成写真はブログトップをご覧ください。

使った部品類で個数余りがあるものはお分けしてます。
メールでお問い合わせください。

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3日目、問題の解答をします。

1番
加工する場所は複雑・修理が難しい場所で、20mAでは寿命が
気になるので、電圧はそのまま12V、電流を5mAで動かします。
このときの抵抗値を求めてください。

絵ではLEDが3個、抵抗1個の回路です。
電圧は12Vのまま、電流を20mA→5mAにしますので
計算式の変更箇所を変更するだけで計算できます。
使う式：抵抗=電圧/電流
抵抗にかかる電圧は12V-(3V×3個)=3V
　　　　　　　　　↑電源 ↑LED3個の合計電圧
電流は5mAですから、m(ミリ)をとるために1000で割って0.005(A)
式に入れて、抵抗=3V/0.005A=600(Ω)となります。

2番
自動車は電圧が変わる電圧変動型電源なので、最大の電圧を
15Vとして、電流5mAで動かします。(LEDは3Vのまま)
このときの抵抗値を求めてください。

1番の式の電圧の変更のみでOKです。
抵抗にかかる電圧は15V-(3V×3個)=6V
抵抗=6V/0.005A=1200=1.2kΩとなります。


3番
電圧を15V、電流を5mAのままにしますが、次はLEDが１本の場合の
抵抗値を求めてください。難しく考えずLED×3をLED×1にして計算です。

2番の式を使いますが、LEDは1個にします。
抵抗にかかる電圧は15V-(3V)=12V
抵抗=12V/0.005A=2400=2.4kΩとなります。


最後に、ちょっとひねった問題です。
15Vの電源にLED3個(各3V)と抵抗1k(1000)Ωをつないでいます。
LED1個に流れる電流は何mAですか？(3番)

使う式が変わります。電流を求めます。
LED1個に流れる電流ですが、1回路内での電流はどの部品を計っても
同じになるので、この場合抵抗に流れている電流を求めます。
電流=電圧/抵抗、電圧は15V-(3V×3個)=6V(抵抗にかかる電圧)
抵抗は1kΩですから、抵抗に流れる電流＝6V/1000Ω=0.006A=6mA
計測は1回路内なら抵抗間でもLED1個間でも3個間でも同じなので
答えは6mAとなります。

どうでしたか？正解でしたか？
製作のついでで実際にこうなるのかどうか、実験したので見てください。

電源は12V、LEDは3.4-3.6V(3Vより増えました)、抵抗は1kΩ(1000Ω)
電源電圧を計ると…12Vちょい(これは電源にて合わせたものです)


計算では電流は、12V-(3.4V)=8.6V(抵抗の電圧)、8.6V/1000Ω=0.0086A
と言うことは、電流は8.6mAになる計算です。

では測定。

抵抗には誤差があるのでぴったりではないですが、8.6mAに近づきます。

ちなみに各パーツの電圧は…
LED=3.4V、実測=3.336V

抵抗=8.6V、実測=8.7V

で実測定でもほぼ計算上の理論値となります。

では製作編を書きますのでしばしお待ちを…

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第3段
計算編と実践のための準備となります。








・計算編
これは難しいと感じますが乗り越えてください。
LEDに電流・抵抗値計算は必須です。
これをマスターしないと良いものができないと思ってください。
(できるだけシンプルにはするつもりです)

前回の絵を利用して説明

抵抗を使ってLED３個を光らせます。
1回路あたりの電流を決めます。今回は絵のまま20mAとします。
LED1個当たり3Vとし、バッテリーは12V、変動を考えないものとします。
電圧は絵の3Vのままですので変更しないでもOKですが式を書きます。

電圧の式
LED1個3V×3個あり=9V←LED3個で9Vを消費します。
電源バッテリーは12Vなので
12V-9V(LEDの合計)=3V(抵抗にかかる電圧)となります。(絵のまま)
これで電圧の計算は終了です、簡単ですね？
例題を後で出すので試してください。

電流の式
設計では1回路20mAで動作させますので、オームの法則と言う式を使って
計算します。
オームの法則は電圧・電流・抵抗の３つで成り立ちます。
電圧をE(V)、電流をI(A)、抵抗をR(Ω(オーム))と表現します。

E=IR(電圧は電流と抵抗をかけたもの)

数学的に式を動かしてみると

I=E/R(電流は電圧分の抵抗)
R=E/I(抵抗は電圧分の電流)となります。

簡単に覚えるには電圧Eは偉いと思ってください笑
(Eはすべて分子(上の段)になるから)
この３つの式(すべて同じ意味ですが)の最後、求める予定の
抵抗の値を求める式「R=」になっていますね。
さぁ計算です、どこの数字を使うのでしょうか？
答えは抵抗にかかる電圧と流す電流を使います。絵の抵抗の部分だけ
見てください。(他を目に入れるとややこしくなります)

抵抗値R=電圧3V/電流20mA

これだけの事なんですが、ここで注意点があります。
数学の計算上単位を合わせることはご存知かと思います。
電流のm(ミリ)は1000分の1です。この場合電流を0.020にするか
電圧を3000にしないといけません(普通は電流を変更します)
3/0.020=150(Ω)。抵抗値が出ました。150Ωを使えば良いんです。
試しに回路を組んでみるとほぼ20mAになります(嬉しくなります)

計算を間違える例として全体の電圧12Vを使ったり、1回路に流す電流を
わざわざLED個数で割ったり引いたり…
複雑に考えずに簡単に計算しましょう。

では問題です。答え合わせは明日です。
1番
加工する場所は複雑・修理が難しい場所で、20mAでは寿命が
気になるので、電圧はそのまま12V、電流を5mAで動かします。
このときの抵抗値を求めてください。
(実際看板向けLEDなどは国産LEDを5mAでドライブしてます)

2番
自動車は電圧が変わる電圧変動型電源なので、最大の電圧を
15Vとして、電流5mAで動かします。(LEDは3Vのまま)
このときの抵抗値を求めてください。

3番
電圧を15V、電流を5mAのままにしますが、次はLEDが１本の場合の
抵抗値を求めてください。難しく考えずLED×3をLED×1にして計算です。

最後に、ちょっとひねった問題です。
15Vの電源にLED3個(各3V)と抵抗1k(1000)Ωをつないでいます。
LED1個に流れる電流は何mAですか？(3番)

これができれば抵抗値の計算は多分OKですね。

実践準備編
LEDを自作するには道具・部品が必要になります。
一般的な範囲で使用する道具を紹介します。(写真は明日ここに載せます)

部品(消耗品)
・はんだごて：はんだを溶かして配線するヒーターです
・はんだ：溶かして配線をくっつける接着剤のようなものです
・LED：これがないと話になりません。必要個数＋スペアがあると良いですね。
・抵抗：先ほどの計算で出した抵抗値の値の抵抗、または数値が近いもの
　(ただし大きく)入手先は通販・大き目の電器街や専門店です。
・基板：空中配線しない場合(テール等の埋め込みなど)基板が必要です。
　抵抗があるお店には必ずあります。
・収縮チューブ：ビニールテープでも良いですができればチューブがあると
　仕上がりが奇麗になります。はんだごての先ではない部分で温めて縮めます。
・接着剤：作ったLEDをパーツに固定する場合に使います、ホットボンド等も
　あれば瞬間の固定ができて良いですが、車内外の太陽熱等で柔らかくなり外れますので
　接着剤も併用してください。

道具
・電源：できればテスト用に12V程度のアダプターなどがあると良いです。
・ドリル・ルーター：パーツに穴をあけたり、切断して基板を固定したりします。
・カメラ：自己満足用または作品紹介・記録・当方に報告する際に使います笑

明日からは実際に写真を撮りながら組立ての説明です。
(明日は１本単独LED(セキュリティのランプなど)を作ってみます)

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昨日に続き第2段。
LEDの説明をしていきます。








基礎詳細編

１・電流の詳細
電流を決めることはLEDの明るさと寿命を決める重要な事項ですので
例を使って詳しく説明していきます。
例えばIF=20mA(Max)のLEDがあったとしましょう。
目いっぱい明るくしたいと単純に20mA流そうとしますが、実は寿命が
極端に短くなることが多く、また海外の粗悪品どころか日本の規格品でも
IF値で使用し続けると寿命が短くなります。(熱が原因だったり色々あります)
電流を調整できる電源をつないでみるとわかるのですが、10mAと20mAとの
差は、2倍になったからと明るさも2倍と言う感覚ではありません。
長く使いたい・加工が難しい作業の場合は電流を下げるように考えます。
電流を決める計算は例を使って次章で説明します。(絵を書かないとだめなので…)


２・電圧の詳細
電圧もLEDを使うには重要な事項となります。特に１回路(LED-抵抗)内での
LED個数を決める事になります。
ちなみに勘の良い方は市販LEDパーツは色によって個数がほぼ決まっていることに
お気づきでしょう。
青白系は３個ずつ、その他の色は５個ずつ使っていることが多いです。
なぜなら結局普通車は12V(実際は10～15Vで計算しますが)です。青を５個
並べてしまったら3V×5=15V、オルタネータ(発電機)がフルパワーで発電しているときは
これで良いかもしれませんが、アイドリングやMT車のクラッチ接続時、バッテリーが
弱っているときは電圧が足りませんので暗く(または点灯しない)なります。
よって車で使用する場合は電圧Vfを見て、乗用車(12V)で余裕を見て1回路青白(3V程度の物)３個
その他(2V程度の物)５個までと言うのを覚えておきましょう。
(減らすことは可能です、が適切な計算が必要です。トラック等24V車は別です)
次章で電流と合わせて絵で説明します。


３・半減角
電球(白熱球等)とLEDを比較すると、照らす範囲の違いがあります。
LEDを使ってムラなく照らすことは難しい事です。
(最近はLEDの規格や色々な工夫で照らすことが可能になってきています)
電球は360度(原則)、LEDは種類によってさまざまですので絵を使って
説明します。
LEDの半減角(照射角とします)は図のように、LEDの中心線から
左右に均等に振り分けた範囲となります。
使用する場合はこの範囲を照らすことを念頭に
LEDの固定位置を決めることになります。
距離が長くなればその分照らす範囲は大きくなり、粒状→平面上に
照らされます。
LED感を出したければ半減角の狭いものか照らす場所の距離を近づけ
ムラなく照らしたい場合は広いもの・遠くします。


４・形状
LEDにはさまざまな形があって、使用目的やコストを考慮して選びます。
・砲弾型(ごく一般的なLED)は値段が安い・作業が簡単なのが魅力的ですが
半減角があまりよろしくありません。
砲弾を改良した筒型、角型・帽子型等色々出ています。
・チップLEDは少しコストが上がり、2mm×1mm程度の部品が多いので
はんだの技術もレベルが上がります(熱にも弱いので熟練を要します)
形状上商品の厚さを薄くできたり、半減角が広いものが多いです。
・Fluxタイプは正方形で半減角を改良しつつ明るさも改良された
LEDです。欠点は値段が砲弾より高いことと大きさが比較的大きいので
並べて使うにも個数の制限があります。