STEAM教育用教材 小学高学年以上

電子工作の基礎

LEDを点灯しよう

発光ダイオード(LED:Light Emission Diode)とは

 LEDは、p型半導体(ホールが多い半導体)とn型半導体(電子が多い半導体)を接合したp-n接合で作られている。 電圧をかけるとホールと電子はp-n接合に向けて移動し、結合して消滅する。このとき電子がエネルギーの高い状態から低い状態に移り、エネルギーが光として放出される。

   

LEDの構造

 電子工作で使う砲弾型LEDの構造の詳細は、my-craftのホームページを参照、下記の図も引用

回路図

     

LEDを点灯する電圧

 LEDを光らせるには、LEDのアノードを電源プラス側、カソードを電源のマイナス側に、電圧をかける。 LEDが光る方向を順方向呼び、かける電圧は一定の大きさにならないと発光しない。超えた途端に発光に必要な大きな電流が流れLED が点灯する。LEDを光らせるために必要な電圧を順方向電圧(順電圧、VF)と呼ぶ。そのとき流れる電流(順方向電流)はIF

下にあるLEDのカタログのLEDのVFは2.0V、IFは20mA、最大電流は30mA。最大電流を超えるとLEDは壊れてしまう。

電流を下げるために回路に必ず抵抗を入れる


使う抵抗の値はオームの法則により計算する。
   オームの法則  電圧(V) = 電流(A) x 抵抗(R)      R = V/A

上の図を回路図で描くと下の図になる。
Eは乾電池2個で3V、VFは2.0V、Aは20mA(0.02A)なので
抵抗の値は、(3-2)/0.02 = 50 Ω(オーム) 50Ω以上の抵抗を使う

   

LEDの購入

 LEDは、p型半導体(ホールが多い半導体)とn型半導体(電子が多い半導体)を接合したp-n接合で作られている。 電圧をかけるとホールと電子はp-n接合に向けて移動し、結合して消滅する。このとき電子がエネルギーの高い状態から低い状態に移り、エネルギーが光として放出される。

   

LEDを点灯してみよう

 ブレッドボード上で配線して、抵抗を変えて見よう
   抵抗が100Ωのとき A = (3-2)/0.1= 10mA   抵抗が330Ωのとき A = (3-2)/0.33= 3mA  
   抵抗が1KΩのとき A = (3-2)/1= 1mA

   

Fritzingを使ってブレッドボード上の配線図を描く

 ブレッドボード上の配線図は、Fritzingというアプリで描ける。
実際に配線する前にFritzingで配線図を描くと配線を頭に入れて理解するのに良いでしょう。
Raspberry Pi OSなどのLinux系OSでは無料で端末で

  $sudo apt install fritzing

でインストールできる。
FritzingのWindows版は有料でhttps://fritzing.org/download/)からダウンロードする

Fritzingの画面

   

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