LEDの電圧降下と電流？

ブレッドボードに次の回路を作成し、電源にArduino Uno 3.3V電源を使用しました。

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
 |                              ```````    |
 |                                         |
(3.3V)                                     |
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3.3Vピンには0.05Aの電流があるとArduinoのウェブサイトで言及されています。KVLによれば、これにより3.3V-（330オーム* 0.05A）-LED両端の電圧降下= 0

方程式によれば、LED両端の電圧降下は負になるため、LEDはオンになりません。ただし、ブレッドボードではLEDが点灯します。なぜですか。これは完全に基本理論に反します...これは正常ですか？それとも私がどこかで間違いを犯したためにのみ可能ですか？= O

問題は、適用するための正しい基本理論を（まだ）理解していないことです:-)。

ただし、自分で試してみて、おめでとうございます。それを維持し、あなたはすぐにそれを正しく計算する方法に慣れるでしょう。

電圧と電流、および抵抗は、水の類推によって適切にモデル化できます。電圧は貯水池のポンピング圧力または「ヘッド」圧力に似ており、電流は電流の流れに似ており、抵抗は水流に対するパイプの抵抗または油圧モーターによって提供される流れに対する抵抗に似ています。

つまり、モデルの「エラー」は、Arduinoの現在の定格が、電圧またはポンプ圧力が問題であるときに何が起こったのかを左右するものであると想定しています。

アルドゥイーノの3V3回路が50ミリアンペアがこれを格付けされている場合、最大電流で流れることが許されるべきである、としませ電流量しなければならない流れ。

ASCIIアート回路図の使用：

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
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(3.3V)                                     |
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ここで重要な方程式（オームの法則の1つの配置）は、

• I = V / R

これは、電流が印加電圧の増加とともに増加し、抵抗の増加とともに減少することを示しています。ここには、物事をより面白くするために追加の要素が投入されています。LEDは、ほぼ定電圧の「シンク」のように動作します。つまり、電流が初期制限を超えて増加すると、電圧は電流に比例して増加しません。増加しますが、電流の増加率よりも低い率になります。

あなたが得るその方程式を整理する

• R = V / I

これにより、特定の利用可能な電圧で特定の電流を得るために必要な抵抗値を計算できます。適用する前に、理解する必要のある「落とし穴」があります。

ほとんどのLEDは、設計電流範囲で動作している場合、電圧降下の範囲が合理的に制限されています。現代の白色LEDは、LED全体で約2.8Vの「ドロップ」で目に見えるように発光し始め、20 mAで3V3（= 3.3ボルト）のドロップがあります（これは通常、3mmおよび5mmのリード付きLEDの最大設計動作電流です） 、）そして、LEDを横切る3V8での過電流からバーンアウトします。典型的な数字は異なりますが、それはいくつかのアイデアを与えます。最新の赤色LEDは、定格電流2.5 Vで動作すると順方向電圧降下が発生し、赤外線LEDは標準1.8Vで動作する可能性があります。LED電流を計算するときは、LEDのデータシートからの標準的な順方向電圧降下を使用して開始できます。

典型的な赤いLED

こちらが、代表的な最新の赤色LEDのデータシートです。Kingbright WP7113IDです。Digikeyで販売されている最も安価な5mmリード付きLEDを見つけて選びました。1でそれは米国11セントです。

データシートには、順方向電圧は通常20 mAで2.0Vとあるので、この図を使用します。

20 mAでの動作

LEDの両端にはほぼ一定の電圧があるため、抵抗を介して電流を「ポンプ」する使用可能な電圧からその電圧を差し引く必要があります。20 mA-LED定格最大値を与えるように回路を設計します。したがって、以前の式は次のようになります。

• R =（V_supply-V_LED）/ I

V_LED = 2v0およびVsupply = 3V3の場合、

• R =（3.3-2.0）/ .020 = 1.3 / .02 = 65オーム。

68オームは最も近い標準の「E12」*抵抗値です。

上記のように、抵抗器両端の電圧降下= 3.3-2.0 = 1.3V- データシートによると、LEdのVfは20 mAで2V5になる場合があります。20 mAでVf = 2.5VのLEDを使用するとどうなるかを見てみましょう。

上記のように、I = V / R =（Vsupply-VLED）/ R

ここでは、I =（3.3-2.5）/ 68 = 0.8 / 68 = 0.00176A〜= 12 mAを使用します。

したがって、20 mAで設計しましたが、この場合は約12 mAでした。同様に、LEDのVfが20 mAで2.0Vよりも低い場合（起こり得ること）、電流は20 mAよりも高くなります。全体として、LEDのVfの製造ばらつきにより、LED電流は2：1以上変動する可能性があります。これが、「実際の」LEDドライブ設計が定電流源、または定電流源に近似する回路を使用する理由です。しかし、それは別の話です。

330オームの抵抗器での操作

330R抵抗器の場合。

LED Vf = 2V0の場合。I_LED = V / R =（3.3-2V）/ 330 =〜4 mA

LED Vf = 2V5の場合。I_LED = V / R =（3.3-2.5V）/ 330 =〜2.4 mA

データシートには、Vfの最小値（標準および最大値のみ）は記載されていませんが、1.8Vであると想定します。

I_LED = V / R =（3.3-1.8）/ 330 = 4.5 mA

したがって、LED電流は2.4 mAから4 mAに変化する可能性があります= 1：1.666比率はLED Vfに依存します。

しかし、データシートのVfは20 mAでした。電流が低下すると、Vfは「ある程度」低下します。データシートから選択したLEDの特性は次のとおりです。

Vfが2 mAで約1.7V、4 mAで約1.78Vであることを確認できるので、1.8Vの想定値で十分です。

• E12-5％の精度の最も一般的な抵抗器シリーズ-10分の12抵抗器。

優先番号シリーズ-E12を検索し、残りも読みます:-)

E12固有-値とカラーコード-より集中しているが全体的にはあまり役に立たない

LED電圧降下から始める必要があります。それが電流を決定するものであり、逆ではありません。その理由は、電流が可変であり、回路の要求に適応する一方で、LED電圧は多かれ少なかれ固定されているためです。
KVLはまさにあなたが必要としているものです。LEDの電圧降下が2Vの場合、抵抗器の電圧は3.3V-2V = 1.3Vであり、したがって回路の電流は

$I = \dfrac{1.3V}{330\Omega} = 4mA$

したがって、抵抗での電圧降下が大きすぎる場合は、電流を下げることで自動的に低い値に調整されます。

注： 50mAはピンが提供できるものです。それが実際に何を提供するかは、回路によって要求されるものに依存します、そしてそれはより高くてはいけません。そして、私たちの場合、それはずっと低いので、それは大丈夫です。

ほとんどの状況では、固定のLED電圧降下を想定した上記の計算で十分ですが、場合によっては、順方向電圧の変動を考慮して、より正確な答えが必要になる場合があります。ほとんどの場合、電流と順方向電圧の関係式はなく、グラフのみです。つまり、それを分析的に解決することはできません。グラフィカルに解くのが簡単であることがわかります。

$\Omega$$\dfrac{3V}{100\Omega}$
$\dfrac{3V - 2V}{100\Omega}$

抵抗の値を計算する方法については、この質問も参照してください。

2つの可能性：

• 現在の定格は、ソーシングデバイスが損傷/過熱なしに処理できるものですが、それ自体に制限するための措置を講じるものではありません

• LED両端の電圧降下はあなたが思っているよりも高いため、抵抗器両端の電圧降下とそこを流れる電流は50 mA未満です。私が調べたばかりのランダムなLEDデータシートには、1.85vの順方向電圧がリストされていました。これにより、抵抗器全体で1.45vの降下と44 mAの電流が得られます（たまたま、私が選んだLEDに推奨される値の2倍になります）。より大きな抵抗器を検討する必要があるかもしれません-古い無線シャックキットは3vバッテリー電源で680オームを使用していました）

電圧計（またはarduino独自のアナログ入力）がある場合、抵抗とLEDの間のノードの電圧を測定し、抵抗とLEDのそれぞれの降下、したがって既知の抵抗の降下からの電流を決定できます。

短い答え：

電源の仕様に0.05Aと記載されているからといって、電流は0.05Aにはなりません。電源仕様が電流を提供する場合、それはあなたがそれから取ろうとするべき最大値です。実際に電流を得るために何をするかは、負荷に依存します。

とはいえ、他の回答で提供されているいくつかの優れたグラフから、この特定のケースの定量的な回答を得ることができます。