自作ＬＥＤと電池の数と配線方法

質問

当方電子工作初心者です。
昨日今日始めたばかりということをご理解ください。

制作中のジオラマにＬＥＤを20個程組み込みたいと考えております。
既にＬＥＤは購入済みで、抵抗とセットになっているものを買いました。

仕様
赤・輝度1560ｍｃｄ（20ｍＡ時ｔｙｐ）・順方向電圧2Ｖ・絶対最大定格電流50ｍＡ
青・輝度3000ｍｃｄ（20ｍＡ時ｔｙｐ）・順方向電圧3.4Ｖ・絶対最大定格電流30ｍＡ
いずれも470Ωの抵抗が付属しております。

これらを並列で繋ぐとかなり数の電池が必要ということがわかり、それぞれを別々に電源に配線すればいいという事がわかりました。
しかし、さすがに電池２本というわけにはいかないですよね？
計算方法はあるのでしょうが、電池は何本が適切でしょうか？
また、ほかに効率てきな配線方法がありますか？

電池ボックスにそれぞれのＬＥＤを別々に配線するとなると、２０個のＬＥＤに対して、電極それぞれに20本電線をつなぐことになりますよね？
これらをどうやって電池ボックスに繋げばよろしいでしょうか？
そして、それぞれのＬＥＤに抵抗を半田付けでいいのでしょうか？

(1)ＬＥＤ２０個に対する電池の数は？
(2)２０本の配線を電池ボックスに接続する方法は？
(3)それぞれのＬＥＤに抵抗を一つ一つ付けたほうがよいか。

重ねてになりますが、私は初心者中の初心者です。
なにとぞ、丁寧な説明をお願いいたします。

回答No.4

86tarou · ベストアンサー

またまたNo.1です。

使用電源「乾電池３本　計４．５Ｖ」
青ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　3.4Ｖ　→使用抵抗５５Ω（使用本数５本）
赤ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　2Ｖ　　→使用抵抗１２５Ω（使用本数５本
黄ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　2Ｖ　　→使用抵抗１２５Ω（使用本数５本
黄緑ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　2Ｖ　　→使用抵抗１２５Ω（使用本数５本
あと、上記の青から黄緑の使用抵抗で間違いないでしょうか。＞
これについてはＯＫです。

フルカラーＬＥＤ（使用本数・２本・足２本）＝　動作電圧3.8～5Ｖ→使用抵抗25～36Ω（使用本数２本フルカラーの動作電圧とはその間の電圧で動作すると言う意味でしょうか。＞
フルカラーＬＥＤというのは、光の三原色のＬＥＤ三つが一つのチップに載っているものだと思います。なので、順方向電夏に幅があるのは、色によって電圧が違うためです。何色が何Ｖなのか調べた上で抵抗値を決めてください。

そして、使用する抵抗は２５Ωから３６Ωでいいですか？（自分なりに計算してみたのですが、、、）＞
順方向電圧が最大５Ｖであるため、そもそも4.5Ｖの電源では電圧が足りません。もう一つ電池を増やして（４本）６Ｖの電源が必要となります。

お礼

本当にご丁寧にありがとう御座いました。
おかげさまでなんとかなりそうです。

回答No.3

86tarou

再びNo.2です。

赤、青、それぞれのＬＥＤに抵抗がセットになっているものを購入したのですが、どちらも470Ωのものが入っていました。これを使うのは間違いなのですか？＞
抵抗値から逆算すると、電源が12Ｖの時の抵抗だと思います。12ＶからそれぞれのＬＥＤの順方向電圧を引けば赤10Ｖ、青9.6Ｖになります。これが抵抗に掛かる電圧ですので、オームの法則から10Ｖ÷470Ω＝21.3mAと9.6Ｖ÷470Ω＝18.3mAとなりどちらもほぼ20mAになりますので（車で点灯することを想定しているのでしょうか？）。

その抵抗をどうしても使用したいなら電源を12Ｖにする必要があります。1.5Ｖのマンガン電池なら８本直列に接続しないといけませんし（1.2Ｖの電池なら10本）、抵抗で消費する電力が勿体無いかと思います（ＬＥＤの2.5～５倍の消費電力）。もし12Ｖでしようするなら、ＬＥＤも直列にする方が効率が良いでしょうか（当然470Ωの抵抗も使えませんが…）。この場合は１回目の回答の参考ＵＲＬでも分るように、赤なら五つ直列にして抵抗は100Ω、青なら三つで90Ω（実際に売っている抵抗なら91Ω）になります。

行ってることが分らないかもしれませんが１回目の回答の参考ＵＲＬも頑張って読んで理解するようにし、オームの法則（↓）もついでに覚えておきましょう。
http://eleking.net/k21/k21t/k21t-ohm.html

PS．125Ωと55オームは実際に売っている抵抗値だと130Ωと56オームが近い値になります。抵抗値等比級数になっており、一般的に販売しているのはＥ24系列になります。等比級数とは、大きさの順番に並べた時に前後する数値の増減率が全て同じになっている数の並びです。
http://sim.okawa-denshi.jp/keiretu.htm

補足

なるほど、車用に１２Ｖ電圧を想定した抵抗なのですね。
実は、事情があって、ＬＥＤを増やさないといけなくなりました。

使用電源「乾電池３本　計４．５Ｖ」

青ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　3.4Ｖ　→使用抵抗５５Ω（使用本数５本）
赤ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　2Ｖ　　→使用抵抗１２５Ω（使用本数５本
黄ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　2Ｖ　　→使用抵抗１２５Ω（使用本数５本
黄緑ＬＥＤ（使用本数・５本）＝　順方向電圧　2Ｖ　　→使用抵抗１２５Ω（使用本数５本
フルカラーＬＥＤ（使用本数・２本・足２本）＝　動作電圧3.8～5Ｖ→使用抵抗25～36Ω（使用本数２本　

フルカラーの動作電圧とはその間の電圧で動作すると言う意味でしょうか。
そして、使用する抵抗は２５Ωから３６Ωでいいですか？（自分なりに計算してみたのですが、、、）
あと、上記の青から黄緑の使用抵抗で間違いないでしょうか。

度々の質問、本当に恐れ入ります。

回答No.2

86tarou

No.1です。

やり方は無数にあるので、先程の原理的な説明になりました。
何も分からないのであれば、ＬＥＤ一つに対して抵抗を１本直列に接続し、それを20並列にして電池に接続する方が間違いないでしょう。
赤青両方を一つの電源から取るのであれば、電池は1.5Ｖの電池を３本直列に接続します（4.5Ｖ）。抵抗は赤の方は125Ω（１／６Ｗ～）、青の方は55Ω（１／10Ｗ～）になります。
抵抗とＬＥＤの順番は逆でも良いですが、電池とＬＥＤの向きは同じになるようにしてください。ＬＥＤは一方向にしか電気が流れませんので。

補足

御回答、本当に感謝しております。
赤、青、それぞれのＬＥＤに抵抗がセットになっているものを購入したのですが、
どちらも470Ωのものが入っていました。
これを使うのは間違いなのですか？
おっしゃるように、赤はそれぞれ125Ωで青は55Ωの抵抗を配線しなくてはいけないのでしょうか？
重ね重ねの質問でもうしわけありません。
色々、調べてはいるのですが頼る方が86tarou様しかいないもので、、、、。

回答No.1

86tarou

ＬＥＤに20mA流した時にＬＥＤに掛かる電圧が順方向電圧になります。その順方向電圧になる電流が但し書きしてあると思うのですが、書いてなければおそらく20mAだと思います。

通常、ＬＥＤに直列に接続する抵抗でこの電流を20mAに制限します。電源電圧から順方向電圧を引けば抵抗に掛かる電圧が出ますので、電流が20mAになるよう抵抗値を決めます（オームの法則）。抵抗で消費する電力値は電圧×電流で求められますから、その２～３倍の定格値の抵抗を使用してください。

電源電圧が決まってないとのことですが、電池１本は大抵1.5Ｖか1.2Ｖです（使用する電池を調べてください）。１本ではＬＥＤの電圧に足りないため、複数本直列に接続することになります。この本数×電池の電圧が上記した電源電圧になります。
ここで多くの電池を接続すれば電圧が増えるため、ＬＥＤも直列に接続することが出来ます。こうすると複数のＬＥＤに対して電流制限抵抗が１本で済むというメリットがあります。

ＬＥＤは直列に接続せず１本につき１本の抵抗を接続するとすれば、マンガン電池（1.5Ｖ）なら赤色で２本、青色で３本直列に接続しないといけないでしょう。抵抗値は、それぞれ50Ω（１／８Ｗもあれば十分）と55Ω（〃）の計算になります。ＬＥＤが直列２本なら電池３本25Ω（〃）、電池５本35Ω（〃）になります。
抵抗に掛かる電圧が低いほど、抵抗の本数が少ないほど効率は良くなります。これは抵抗で消費する電力が無駄であり、電池の電気が熱に変わっているだけですので。

参考URL：

http://bake-san.com/led012.htm

補足

さっそくの御回答ありがとうございました。
しかし、申し訳ありませんが、本文に記したとおり私は全くの素人であり、
御回答の内容を十分に理解することができません。
できれば、これらのＬＥＤ20個を用いた場合の、効率のよい配線図をご指南願えたら
ありがたいのですが、、、、。