電気回路－コンセントでLEDを

質問

高校の文化祭で電飾にLEDを使おうと思っているのですが、回路についてわからない部分があります。
　まず、電源をコンセントACにすべく、抵抗器で電流を小さくしようと思います。図書室で電気回路について調べ、LED1つとプラグを使った検電器（コンセントに電流が来ているか調べるもの）の回路を見るとLEDと電源を抵抗器10kΩ（LEDに2V、約15mAがかかるそうです）を介してつないであったのですが、
(1)抵抗器は普通の乾電池を使ったあの小さな抵抗器でよいのでしょうか。それともセメント抵抗器(?)のようなものを用いるのでしょうか。
(2)LEDを例えば10本直列つなぎにするとき、抵抗器は10kΩ×1/10で1kΩを使えばよいのでしょうか。もし、並列のほうがよければご指摘ください。
　電子工作はしたことがあるのですが、1年か2年ほどしていなかったので頭が錆びれてしまったようですので、御願いします。
　あと、もしこの回路を応用できるLEDイルミネーションの回路図(探してみたのですが、見つからなかったので)を見られるサイトをご存知の方、教えていただければ嬉しいです。
　長文になってしまいましたが、お分かりになる方、是非教えてください。御願いします。

回答No.2

noname#43437 · ベストアンサー

最低限、オームの法則は必要なのですが・・
通常のコンセントにきている電源は、AC100V、ただし、ピーク電圧は140Vあります。

LEDの両端の電圧は、色によって異なり、赤・オレンジ・黄・緑でおおよそ２Ｖ、青や白、その他中間色タイプはおおよそ３．６Ｖになります。
電流は、LEDの型番によって異なり、ずいぶん電流を流せる高輝度タイプもあるのですが、通常は１５mAくらいを目安にすると良いです。

以上の条件から・・
LED１個を点灯させるときに必要な抵抗は、
　抵抗にかかる電圧 ＝ 140V－2V ＝ 138V
　抵抗値 ＝ 抵抗にかかる電圧(138V)÷電流(15mA) ＝ 9200Ω

LED10個直列だと・・
　抵抗にかかる電圧 ＝ 140V － 2V×10個 ＝ 120V
　抵抗値 ＝ 抵抗にかかる電圧(120V)÷電流(15mA) ＝ 8000Ω

抵抗の大きさは、抵抗で消費される電力によります。
抵抗で消費される電力 ＝ 電流の二乗 × 抵抗
ですから・・
LED１個の場合だと・・ 15mA^2 × 9200 ＝ 2W
LED10個の場合は・・ 15mA^2 × 8000 ＝ 1.8W
と、なります。

実際には、9200Ωとか、8000Ωなんてのは売ってないので、最寄りの、電流がオーバーしない値・・
9200Ω ⇒ 10kΩ
8000Ω ⇒ 8.2kΩ
・・を、選びます。
大きさは、２Ｗ程度なら、セメント抵抗みたいに大きくなくてもあると思います。

お礼

とても詳しいご回答ありがとうございます。改めて電流の計算を見てみると趣深いです。明日必要に応じて電気パーツ店に寄ってみます。とてもわかりやすくて参考になりました。ありがとうございます。

回答No.9

a987654

取りあえず良かったですね。
こちらとしても何回か応答した甲斐がありました。
最後にしましょう。
くどいようですが、合計はあくまでも偶数です。
ｎｏ６でも８でも、２個逆並列を先に作りそれを直列にと
推奨しております。
抵抗値は
１６本（２×８）なら計算上８．４ｋΩ
１４本（２×７）なら計算上８．６ｋΩ
（８～１０ｋでもいけると思います）

ｎはＬＥＤ段数（全個数ではない）として
　Ｒ＝（１００－２ｎ）／１０　［ｋΩ］
にて求めてください。
抵抗のｗ数はＮＯ６を参考に．．．

お礼

本当にありがとうございます。20個つなげることにしました。まだ文化祭までには時間があるので、できる限り・安全な限り多くつなげてみようと思います。皆様本当にありがとうございました。

回答No.8

a987654

下のような接続になります。
（テスタはＡＣレンジ抵抗は一本）

　　｜→→→・・・・→→→｜－－［抵抗］－－｜
　　｜←←←・・・・←←←｜　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜　　　　　　　　｜
　　｜－－　テスター　－－｜　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　｜－－－－－　ＡＣ　－－－－－－－－－－｜

前回述べましたが下記の接続の方が無難です。
｜→｜→｜→｜・・・・｜→｜→｜→｜－－［抵抗］－
｜←｜←｜←｜・・・・｜←｜←｜←｜　　　　　　　　
｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

ＬＥＤは発光していますか？
発光していないのであれば、乾電池２本＋１００Ω（1/4W）
で、ＬＥＤ１本ずつ点灯と極性を確認しましょう。
接続が違えば点灯しませんので・・・・
＞抵抗器のない状態
短時間だったらもつかも知れませんが、確実にＬＥＤが切れますよ。
既に切れているのかも・・・・
＞抵抗器のない状態と変わりなかったのです
とはなにが、どう変わらなかったのか解らないのでコメントできません。

お礼

ご回答本当にありがとうございます。補足を書く前に実験しておけばよかったのですが、大変ご迷惑をおかけしました。実際に10kΩを使って1つのLEDで恐る恐る実験したらできました。基礎的なことですが、テスターを直列につないで電圧を測っていました・・・。ともあれ、これでできそうです。あと、最後にお尋ねしたいのですが、逆並列のとき、例えば20個の場合10個と10個の直列を並列にすればよいですが、15個のような奇数この場合はどうなるのでしょうか。7と8に分けてもよろしいでしょうか。一応安全の為に・・・・。もしよろしければ、教えてください。

回答No.7

noname#60878

ＬＥＤは、品種によって（同じ色でも）特性がかなり違います。電圧駆動を考慮した一部を除いて、基本的には電流駆動で使う（バラツキがかなり救済される）のが安心です。
また、同じ品種でもかなり特性にバラツキがあります。同一ロットでも特性が揃わなくて選別して使ったことがありました。直列や並列で使う場合、この点を考慮に入れる必要があります。また、温度上昇によっても特性が変化します。これは特に並列使用の場合に要注意です。特定の１本に負担がかかる怖れがあり、連鎖的にすべて飛びます。パルス点灯する場合、過渡的な状態を見逃していて失敗したことがあります。
他の方の指摘にもありますが、逆耐圧の問題もありますね。これは直列の場合に恐いことになります。

電灯線を直接使用する場合、回路の角部分と周囲（人や大地や物）との間の耐圧の問題が出てきます。ＬＥＤ１個にかかる電圧は小さくても、ここと周囲の間に１００Ｖかかるとなれば、それ相応の絶縁が必要です。感電よりも、そこでの漏電で回路の異常動作や火災の方が恐い。電飾となると、あまり太い線は使いたくないですよね。

電灯線利用ということで効率や小型化は無視して、コストも考えて、検討してみました。一応、私が仕事としてやる場合です。
１個づつの光量ムラを気にしないという条件です。まず、感電防止の意味で、電源をトランスで受け（電灯線と分離する）て、２４ｖ程度に落として（２４Ｖのトランスは安いという程度の理由）、これをブリッジ整流(平滑は不要)して、トランジスタを使った定電流回路で駆動します。これなら、点滅や調光も簡単ですし。最近の白色ＬＥＤならば、20mAぐらい流せばけっこう明るいですから、１回路あたり８個ぐらい直列で点灯するとして制御用トランジスタにはTO220ぐらいのを使っておけば、特別な放熱はいらないでしょう。赤色なら順電圧が低いですから、１回路あたりの個数を増やせます。

回路と配線は、接地点もよく検討して、万一の地落や他回路との接触でも安全な方向に働くように工夫する必要があると思います。また、細い線を使うと、数メートルの長さでもけっこうな抵抗になることを忘れずに。

お礼

安全には万全を期しているのですが、やはり安全重視のためには装置が大胆になりますよね。なるべく安上がりのほうが良いのです。100円均一にも点灯式のクリスマスツリー用の明かりがあるのですが、実際に作ってみようと思ったのです。LEDは家にありますし、抵抗器さえあれば安いですから。
　でも、今後の設計にとても参考になると思います。ご回答ありがとうございました。

回答No.6

a987654

ａ．２個逆並列を１０回路直列に繋ぐ（計２０本）
ｂ．１０個直列を並列に逆方向に繋ぐ（計２０本）

どちらでも変わりはありませんが、どちらかと言えばａ．を
お勧めします。
理由は、１個々々に掛かる電圧が間違いなく２Ｖに固定されるからです。
但しこの場合は、抵抗は８ＫΩ０．８Ｗ（規格上１Ｗ）

もっと数を増やせば
２５個×２　では５ＫΩ０．５Ｗ＝１／２Ｗ
５０個×２　では０ＫΩ０ｗすなわち抵抗不要
　　（ここまでいけば並列にせずとも逆耐圧が得られます）

お礼

再度のご回答ありがとうございます。おかげでできそうです・・・といえたらよいのですが・・・

補足

逆並列というのは
LEDの電流の流れる方向を→とすると、
　→→・・・→→
　←←・・・←←、と言うことでしょうか。度々すみません。あと、今日実際に作ってみました。simple is bestと考えてプラグに（例の本に書いてあったように）のなかに接続しました。教えていただいたように、（15個つなぐため約6.6kΩの）１Wを使ったのですが、テスターで測ってみると抵抗器のない状態と変わりなかったのです。プラグの左右を差し替えても変わりません。計算では30Vになるはずなのですが、変わりませんでした。両極に抵抗器をつなげなければならないのでしょうか。また教えていただければ嬉しいです。

回答No.5

a987654

逆耐圧について追記します。

ＬＥＤ１個だけを考えた時、
１．順方向に電圧が掛かった時だけ電流が流れます。
　　この時、実効値１００ｖ（ピークは141V）の殆どが抵抗で電圧降下し
　　ＬＥＤの両端は最大でも２Ｖにしかなりません。
２．逆方向に電圧が掛かった時は暗電流しか流れません。
　　（暗電流：ダイオードの僅かに流れる逆方向電流）
　　従ってこの時の抵抗による電圧降下は殆ど発生しません。
　　よって、逆方向に電圧が掛かる場合は全電圧がＬＥＤに掛かる、
　　と言う理屈になります。
３．提案した、ＬＥＤを２個正逆並列に繋いだ場合（当然抵抗は１本）
　　１．の状態が正方向、逆方向相互に発生する訳でＬＥＤ両端の電圧は
　　実効値２Ｖ以上にはならないのです。
　　安全性は問題ありません。

１ｗの抵抗は、結構大きいですよ。
大昔の真空管式の回路をご存知の方だったら、簡単に想像できると思いますが、
ＴＲ式ラジオでもあまり１ｗの抵抗は見かけなかった様に思います。
ましてや、現在のＩＣ多用のラジオなどに有りますでしょうか
わかりませんが、部品やさんで実物を御覧になって下さい。

別の意味で、安全性ということであれば
１．感電防止
２．１Ｗ抵抗の発熱による焼損とヤケド
にご注意下さい。

お礼

ご回答ありがとうございます。再度すみませんが、LEDは10個それぞれを並列に、つまり10本の枝を作ったほうが良いのでしょうか。
　結構品揃えのあるパーツ店がありますから、そこであたってみます。ありがとうございます。

回答No.4

a987654

抵抗の熱容量で色々出ているようですが、単純にＬＥＤ無しで
概算になりますが、１０ｋΩの抵抗だけで考えて見ましょう。
実効値１００ｖのＡＣに１０ｋΩなので電流は
１００ｖ／１０ｋΩ＝１０ｍＡ
消費電力Ｐ＝１００ｖ×１０ｍＡ＝１Ｗ

ＬＥＤで半波分を想定すると１／２Ｗとなります。
（ＬＥＤ消費電力は２ｖ×１０ｍＡ／２＝１０ｍＷなので実質はもう少し
減りますが１／４Ｗでは足りません）

別の意味で注意点を下記します。
ＬＥＤの逆方向耐電圧は大丈夫でしょうか？
１４１Ｖ以上の逆耐圧が必要です。
私だったら、ＬＥＤを並列に逆方向につないで逆耐圧を防止します。
（この場合は抵抗は１０ＫΩ１Ｗ必要になります。）

お礼

一応「交流なのでLEDは向きを考えなくてもよい」と本に書いてあったのですが、うっかり何Wかを確かめていませんでした。生半可な知識ですみませんが、並列につなぐと安全なのでしょうか。あと、どのような種類の抵抗を使えばよいでしょうか。他の方の仰るとおりラジオで使うような抵抗でよいでしょうか。
　ご回答ありがとうございます。ご返信いただければ幸いです。

回答No.3

noname#43437

No.2です。ごめんなさい、少々訂正です。
電力の計算は・・少々難しいのですが、波高値ではなくて実効値となるので・・
波高値15mAの半波整流波形の実効値が・・15mA÷π＝4.8mA
LED１個の場合だと・・ 4.8mA^2 × 9200 ＝ 0.2W
LED10個の場合は・・ 4.8mA^2 × 8000 ＝ 0.18W
これなら、普通のラジオに使うような、1/4Wサイズの抵抗で十分間に合いますね。

お礼

ご訂正ありがとうございます。

補足

難しいですね・・・。普通の抵抗でよいのですか！あの小さな抵抗に100V流すと言うのがなかなか勇気が要りそうな感じですが、本当にありがとうございます。

回答No.1

kounotori3

検電器の回路として10ＫΩとＬＥＤを直列に接続する時、約10ｍＡ流れます（15ｍＡは流れません）
抵抗器の許容電力は約1Ｗでよいでしょう
ＬＥＤを10個直列に接続したときは、これに8ＫΩを直列に接続して100Ｖにつなげば点灯します
抵抗器も1Ｗでよろしい

お礼

8kΩですか。単純計算ではなかったのですね。教えていただきとても参考になります。ありがとうございます。