LEDの輝度は電圧によって変化しますか？

私が若いときに電気について学んでいたとき、電圧/電流/抵抗を理解するための素晴らしいツールは白熱電球でした（私の場合は小さな3V電球でした）。2つのバッテリーを直列に接続して電圧を2倍にすると、4倍の明るさになりましたが、さらに熱くなり、燃え尽きやすくなりました。2つの電球を直列に配置すると、1/4ほど明るくなりました。あなたがそれらを並列に置くと、彼らは普通に光りましたが、バッテリーを2倍速く使い果たしました。等。

しかし、この日と年齢は白熱電球が消え去りつつあり、LEDはかなりの理由（数か月ごとに燃え尽きないなど）でLEDを交換しています。しかし、LEDは異なっており、さまざまなルールに従っています。これは私にはあまりよくわかりません。

私は疑問に思っていました-LEDは同じように使用できますか？LEDを従来の電球と同じように使用するには、抵抗と直列に配置する必要があります。そうしないと、LEDが大量の電流を消費して燃え尽きてしまいます。内蔵抵抗器付きのLEDさえ購入できると思います。しかし、彼らは同じように機能しますか？電圧の変化に対応して輝度が変化しますか？

LEDは白熱電球と比較して非常に異なる獣です。LEDは、非線形デバイスとして知られるデバイスのクラスに属します。これらは、古典的な意味ではオームの法則に従いません（ただし、オームの法則はそれらと組み合わせて使用​​されます）。

LEDは（明らかに）ダイオードの一種です。それは持っている順方向電圧ダイオードが導通を開始する電圧です。電圧が増加すると、ダイオードの伝導性も向上しますが、非線形に伝導します。

LEDの場合、LEDに流れる電流の量によって、その明るさが決まります。電圧を上げると電流が増加します、はい、しかし電流が大きくなりすぎることなくそれが起こる領域は非常に小さいです。上の赤​​い曲線では、1.5V付近の小さなものである可能性があり、2Vに達するまでに電流がスケールから外れ、LEDが燃え尽きます。

LEDを直列に配置すると順方向電圧が合計されるため、伝導を開始するためにより高い電圧を提供する必要がありますが、制御可能な領域は依然として同じくらい小さいです。

そこで、電圧ではなく電流を制御し、順方向電圧を固定値として取ります。回路に抵抗を入れて供給電圧と順方向電圧の間のギャップを埋めてプロセスの電流を制限するか、定電流電源を使用して、LEDに流す電流を設定し、したがって、明るさを設定します。電流を増加させるが、電圧を増加させない（または無視できる程度の量で、純粋に偶然）ことにより、輝度を増加させます。

特定の電流に使用する抵抗を計算する式は次のとおりです。

$V_S$$V_F$$I_F$

いいえ、LED自体は（抵抗器やその他の電子機器はありません）電球とはまったく異なる動作をします。

ランダムLEDのこのデータシートをご覧ください。

多くのグラフがあるページまでスクロールします。3番目のグラフは、相対強度（光）とLEDを流れる電流を示しています。

（出典：334-15 / T1C1-4WYAデータシート）

この曲線はやや線形であることに気付くでしょう。つまり、電流が2倍になると、おおよそ2倍の光量が得られます。

私たちが学んだこと：LEDの輝度は、LEDを流れる電流にある程度比例します。

しかし、特定の電圧でどの電流が得られますか？

グラフ2をご覧ください：

（出典：334-15 / T1C1-4WYAデータシート）

順方向電流と順方向電圧は、3ボルトを超える電圧で電流が急速に増加することに注意してください。わずか0.5 Vだけで4倍の電流が得られます！この曲線は、LEDと過熱によっても変化します。

そのため、LEDに電圧ではなく電流を供給する方が良いのです。LEDに電圧を供給した場合、電流はあまり予測できないため、明るさも予測できません。また、LEDに供給される電力は、電力が電圧x電流であるため変化します。

LEDを定電流に保つことをお勧めします。そのため、直列抵抗が必要になります。これらは、電流を意図した値に制限します。正確ではありませんが、ほとんどの目的に十分に近いです。

直列抵抗を配置すると、LED（+抵抗）は、明るさの変化が印加電圧に比例するという意味で、電球のように動作します。

LEDと白熱電球の特性はほぼ反対です。

• 電圧が上昇すると、LEDはRで低下します。

• オンにすると、BULBの抵抗が10倍になります。これは、タングステンフィラメントの大きな指数関数的な熱PTC（+）によるものです。一方、LEDは正反対で、小さな線形NTC（-）値があります。

  • LEDは負電圧を処理できません。すべては、-5V絶対最大定格です。
  • BULBはAC-DCの両方の方法で簡単に使用できます

• LEDは、「ミクロンの薄い」超音波Auワイヤボンドを使用します。これは、はんだ付けがそれを殺すためです。

• BULB ... 2500℃で動作

  • LEDにはESD保護が必要です。
  • BULBはESDを問題なく吸収します。

• LEDは虹色を超えてすべての色で提供されます。

• 球根はすべて同じで、白の色合いで

  • LEDは、フォトダイオードのような小さな出力電流で光を検出できます。
  • 電球は光を検出できません。

• LEDは、透明な基板でも片面です。

• BULBは全方向性です。

したがって、すべてを足し合わせた場合、同じ電力環境で動作させるためには違いを理解する必要があります。または、エンジニアリングソリューションを使用して、それらを使いやすくします。

内蔵抵抗器付きのLEDを購入した場合、それらは（ほぼ）まさにそのように動作します。

LEDの光出力は、広範囲にわたって電流にほぼ比例します。

$(Vb >> Vf)$

$V_b$

$V_f$

$R_i$

$I=(V_b-V_f)/R_i$$I=(V_b/R_i)$

$I=(V_b-2*V_f)/(2*R_i)$

$I=(V_b/(2*R_i))$

したがって、直列抵抗を内蔵した2つのLEDを直列に配置すると、電流は初期電流の半分に低下します。

LEDの輝度は、主にLEDを流れる電流に依存します。

従来の白熱電球は実質的に抵抗器であり、V = I * Rのオームの法則に従います。電圧を2倍にすると、電流は2倍になり、使用する電力は4倍になります（あまり正確ではありません。関連する効果ですが、今のところは十分に近い）。

一方、LEDはダイオードであり、ほとんどのダイオードと同様、順方向バイアス電圧は比較的固定されています。その電圧より下では電流は流れず、その電圧より上では電流は無制限ですが、電圧はバイアス電圧によって減少します。（これは大規模な単純化ですが、ほとんどの大まかな計算には十分です）

この電圧は、使用する材料に依存するため、色に依存します。通常、赤、黄、緑の場合は約1.8-2V、青、白、または「真の緑」の場合は約3V。この電圧降下は電流とともに増加しますが、0.1〜0.2Vだけ増加します。通常、この効果は無視できます。

質問で示したように、LEDは通常、電流を制限するために抵抗器と直列に接続されています。どうして？

LEDは固定電圧降下と考えてください。電流に関係なく一定量の電圧を使い果たします。したがって、2V LEDを3Vのソースに直接接続すると、残りの回路上で1Vがドロップされます。この場合の残りの回路は、電源とワイヤの内部抵抗になります。通常、これらの抵抗はかなり低いため（通常は無視してください）、大きな電流が流れます。

抵抗が0.1Ωの範囲にあると仮定すると、これはI = V / R =（3-2）/ 0.1 = 10アンペアの電流を与えます。

LEDで消費される電力は、P = I * V = 10 * 2 = 20ワットになります。

これは、LEDを破壊するポイントまで非常に急速に加熱します。LEDは仮定された完全なゼロ抵抗固定電圧降下ではないため、実際の世界はもう少し複雑ですが、最終結果はどちらの場合も同じです。

内部抵抗に加えて100オームの直列抵抗を追加すると、電流が10mAに減少し、LEDが適切に点灯します。

抵抗値を変更すると、輝度が変化します。ほとんどの小さなLEDは最大約20mAに制限されており、1mA以下ではほとんど見えません。一般に、10mAをはるかに超えることはほとんど目立ちません（これはLEDの動作よりも目の動作の方が原因です）。オン/オフをすばやく切り替えることで明るさを変更することもできます。これはデジタルシステムの方が簡単で、特定の明るさに対して一般的に効率的です（LEDよりも目が原因です）。これにより、明るさを変更できます。ハードウェアには固定抵抗器が1つしかありません。可変抵抗器を使用して輝度を設定することを計画している場合は、可変抵抗器を0にして電流が20mAに制限されるように、小さな固定値も含めることをお勧めします。

では、2つのLEDを直列に追加するとどうなりますか？

各LEDをオンにするには2Vが必要です。2つのLEDは4Vを意味します。3Vの電源では、ダイオードに順方向バイアスをかけるのに十分な電圧がないため、すべての電流がブロックされます。LEDは消灯します。電圧を上げて電流制限抵抗を正しく設定すると、両方がオンになります。輝度はLEDを流れる電流に依存し、両方が同じ電流を持っているため、同じ輝度になります（同じタイプのLEDの場合）。

2つのLEDを並列に追加するとどうなりますか？

それぞれに独自の抵抗を使用して2つを並列に追加すると、それらは事実上別々の回路になります。電源が十分であると仮定すると、それぞれが唯一の電源であるかのように動作します。

彼らが抵抗器を共有する場合、物事はより興味深いものになります。理論的には、これはうまく機能します。LEDごとの電流を同じにするために、抵抗値を半分にする必要がありますが、それ以外の場合は動作すると予想されます。残念ながら2つのLEDは同一ではなく、それらはすべて非常にわずかに異なるバイアス電圧を持ちます。つまり、一方よりも多くの電流が流れます通常は無視します）。

これは、単一の抵抗と並列の2つのLEDが同じ輝度になることはほとんどないことを意味します。

一般的に、LEDのグループ（バックライトなど）を駆動する必要があるものはすべて、LEDの長い直列チェーンを使用し、すべて同じ輝度になるように（理由の範囲内で）必要に応じて電圧を上げます。

LEDは白熱灯のようなものではありませんが、答えはイエスです。

オームの法則計算の唯一の違いは、電源電圧からLED順方向電圧を引くことです。

LEDの順方向電圧と順方向電流の差はわずかです。

200、350、および500mAで16個の赤いLEDのストリングの電圧を測定しました。電圧は30.07、31.20、31.43でした。200から500mAへの1.02％の変化。