電子工作、エレクトロニクスの寄り道

ゴードンさん(GDS)はFET、エクボ(ECB)ちゃんはトランジスタの象徴だよ〜

発光ダイオード

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100円ショップのライトも、最近はすっかりLEDになりましたね。消費電流が少なくて明るいので、豆電球より全然いい。でも、そこは100円ショップの品物ですから、問題がありそうです。このことについては、もっと詳しく研究されている人がいるので、だいたいわかっているのですが、要するに電流が大きすぎて、LEDがすぐに焼けて寿命が来てしまうようなものが多いらしいです。買った人が、最初、「おっ、明るいじゃん」と思うでしょうが、長持ちしません。運が悪ければ、一時間も持たずに焼けてしまうこともあるそうです。
 どうせそんなものだろうと思いつつ、ついダイソーに行ったついでに、2WAYランタンなるものを買ってしまいました。1LEDと12LEDの切り替えで、1LEDのときは25ルーメン、12LEDのときは130ルーメンと、かなりの明るさのようです。
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 では、さっそく分解してみましょう。使うより、分解するために買ってきたようなものですので。笑)
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 回路図は次のようになっていました。
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 一応、電流を制限する抵抗が入っていましたが、小さいんじゃないかな、たぶん。
 ダイソーの新品の単三のマンガン乾電池を入れ、電流をテスターで測ると、1LEDの場合、77.5mAも流れています。キャー、大きすぎ。LEDの型番も定格もわかりませんが、30mAぐらいまでにしておかないと寿命が短くなりますよ、たぶん。ということで、手持ちの62Ωに交換しました。電流が31mAになり、これで大丈夫ですね。
 同じように、12LEDは、730mAも流れています。きゃー。LEDひとつあたり、61mAですよ。流しすぎですよね、たぶん。1Ωのチップ抵抗を取り外すのは面倒なので、2.7Ωのカーボン抵抗を直列にしたところ、電流が348mAに下がりました。
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 電流を下げたので暗くなったと思いますが、いやいやどうして、けっこう明るいです。暗い階段で12LEDを点灯させてみたところですが。全然OKじゃないでしょうか。
 電池がどのくらい持つか、マンガン電池だったら1時間位かな。アルカリなら5時間ぐらいいけるかもしれませんね。改造前は、かなりの消費電流ですから、その半分ももたないと思います。商品には12LEDで4.5〜5時間と表示がありますが、信じられませんね。微かに光っていれば点灯していると判断しているのかもしれませんが。笑)


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 以前、LEDが定電圧ダイオードの代用として使えることをネタにしました。動作抵抗についてはツェナーダイオードより低くて優秀なようです。ところが、トラ技1995年5月号によると、実際に製品化されていたことがわかり、驚きました。東芝のTLR100です。定電圧素子として販売されていたものですが、中身はLEDだそうです。外観はチップ型抵抗のようなもので、完全に覆われていたので、「光らないLED」だったそうです。せっかくのLEDなんだから、光らせたら面白かったと思うのですが、ウケ狙いで製造されたのではなくて(笑)、外部からの光の影響を受けないよう、まじめに設計されたようです。
 もうずいぶん前に廃品になっていて、データシートも見つからず、残念ですが。

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 安物テスターでは、50Hzの交流電流すらまともに測定できない、というのでは不満が残ります。
 ということで、SANWAのPC710をゲットしました。定価では、21,200円+税です。安物テスターが何台か買える値段ですが、一台ぐらいまともなテスターがあってもいいかもと。真の実効値測定ができますし、コンデンサ容量、周波数、温度測定もできる優れものです。いいですね〜♪

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 材料によってEGは変えるべきだということなのですが、具体的に、LEDの場合、ど〜したらいいんでしょうね。
 CQ出版の「LTspice部品モデル作成術」には、第15章発光ダイオードという章があるのですが、EGについては触れられていません。添付CD−ROMには、白色LEDのOSM57LZ161Dのスパイスモデルが入っているのですが、やはりEGは設定されていません。
 一方、第10章ショットキーバリアダイオードがありました。ここでは、バリア金属によって、例えばクロムならEG=0.68などにするようにすべきことが書かれています。EGは設定しないとシリコンのEG=1.11になってしまうので、わからない場合はメーカーに聞きましょう、みたいなことが書かれています。
 う〜ん、LEDはシリコンダイオードではありきせんので、デフォルトのEG=1.11のままでは不正確であり、よろしくないですよね。なのに、この本は何も書かれてなくて、不親切ですなあ・・・。

 ということで、LEDのEGについて、調べてみました。幸い、ROHMは一部のLEDについて、SPICEモデルを公開しています。さすがですね〜。ぱちぱち
 それによると、EGは次のように設定してありますよ。
白 3.0〜3.4
赤 2.0〜2.6
橙 2.255〜2.5
黄緑 2.17〜2.5
緑 2.2〜2.5
黄 2.1〜2.6
青 3.4〜3.5
青緑 2.353〜3.5

 色によっても幅がありますね。白色や青色LEDなら、だいたい3.0〜3.5なんでしょうか。

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 いきなり変なタイトルで、白色LEDがシリコンダイオードなわけないんですよね。
 ではなぜこんなタイトルにしたかといいますと、順に説明いたしますが、
 まず、手元の白色LEDをLTSPICEで趣味レーションできたらいいなと思ったワケです。でも、当然ですがLTSPICEには登録されていないデバイスなワケですね。では、電流電圧特性だけでも登録すればいいぢゃん、と考えたワケですね。幸い、CQ出版の「定番回路シミュレータLTspice 部品モデル作成術」を持っていますので、それに従って登録できるかと考えたワケですね、具体的には、Isなどのパラメータを設定するんですが、LTSPICEに既に登録されている、同じ白色LEDの日亜のNSPW500BSを基本にして、微修正すればいいかと考えたワケです。
 ところがですね、ふと気付いたことに、NSPW500BSのパラメータを見ていると、Egが設定されていないんですね。設定されていないということは、初期設定のままということですが、ダイオードモデルの場合、Egのデフォルト値は1.11でありまして、これってシリコンダイオードの値なんです。あれ〜!? 白色LEDってシリコンダイオードぢゃないよね!? と思ったワケです。
 LTSPICEというのは、LT社が自社の製品を活用してもらいたくて無料で提供しているSPICEです。他社の素子も若干登録されていますが、かなりアバウト(手抜き?)かもしれませんね〜。何だか急に力が抜けてきました。
 話は長くなりましたが、これが変なタイトルの理由です。
 Egとは、良い子は既に御存じかと思いますが、吾輩のようなそうでない方のために書きますと、エネルギ・ギャップ・パラメータ、バンドギャップ電圧、障壁電圧とか、活性化エネルギーとか言われるもので、シリコンの場合は1.11、ゲルマニウムの場合は0.67といったように、材料によって決まっています。

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