エレクトロニクスの実験:LEDをAC電圧で駆動する

私は学校で、主要な機能に関係なく、ダイオードはすべて同じように動作することを学びました。整流ダイオードは特に大電流で動作するように作られ、通常はACからDCへの整流で使用されますが、これらのダイオードがその状況でしか使えないというわけではありません。同じことが、発光ダイオード(LED)を含む他のダイオードにも当てはまります。理論的には、どのダイオードも半波整流器として機能することを学びましたが、実際に試したことがなかったので、今回、いくつかの部品を使い、ブレッドボードで実験してみることにしました。

安全なトランスの選択

まず、AC電圧を実験するための比較的安全な方法を見つける必要があったので、この投稿「ウォールマウント型トランス 」に掲載されたウォールマウント型トランスのリストを利用しました。Digi-Key品番237-1880-ND、Triad Magnetics品番WAU12-200のトランスはAC120V入力、AC12V出力で最大出力電流は200mAです。




12Vはブレッドボード上で安全と見なせるほど十分低く、そして200mAは大きすぎることなく、かなり妥当な電流容量です(1A以上は少し危険です)。この部品にはまた便利なバレルコネクタが付いており、多くのスルーホールメイトが用意されています。無はんだブレッドボードに接続するために選んだ嵌合コネクタは、Digi-Key品番486-3381-ND、Shurter Inc品番4840.2201でした。




部品ページのデータシートにあるように、以前に購入した配線キットの通常のワイヤ(20-24AWGソリッドコアワイヤ)を1番ピンと2番ピンに単にはんだ付けするだけでした。ただし、これらのワイヤを安全に取り扱う練習をすることを忘れないでください。AC12Vで200mAというのは、DCレベルよりもはるかに危険です!

LEDと抵抗器の選択

実験を計画する際には、DCアプリケーションのように扱いました。全体の平均すなわち二乗平均平方根(RMS)出力が12Vであると仮定し、それを式の開始電圧として使用しました。マイナス12Vの位相で降伏電圧を超えてLEDが焼けると半ば思っていたので、万が一の場合に備えて、色違いのLEDを3つ、それぞれ2個ずつ購入しました。 まず、電圧降下をあまり大きくしたくないことと、比較的低い電流を流したいことから、ベースラインとなる1~4Vの順方向電圧と、一般的な値にもとづいてLED1個あたり10~30mAというごく標準的な想定をしました。私が選んだLEDの品番は以下の通りです。

緑色LED:Digi-Key品番160-1659-ND、メーカー品番LTL1CHKGKNN




赤色LED:Digi-Key品番160-1661-ND、メーカー品番LTL1CHKRKNN




青色LED:Digi-Key品番365-1201-ND、メーカー品番OVLLB8C7




赤色と緑色のLEDは両方とも、同じ抵抗値を使用できるほど十分に類似した順方向電圧です。青色LEDは順方向電圧が高いので、抵抗値が小さくなります。必要な抵抗値を計算するために使用した式は次のとおりです。

image

赤色と緑色のLED用の実際の抵抗値に最も近い値は、約500Ωです。青色LED用の抵抗値は約430Ωを必要とします。抵抗器の許容ワット数を計算するために、テスト電流に電源電圧をかけて、0.24Wまたは240mWとしました。 これに適切な設計係数を使用して、0.5W定格の500Ω抵抗器を見つけました。Digi-Key品番 CMF500HY-ND、 メーカー品番CMF55500R00FEBFです。




そして0.6W定格で430Ωの抵抗器は、Digi-Key品番BC4161CT-ND、メーカー品番MRS25000C4300FCT00です。

配線

このケースの配線は非常に簡単で、必要なのはLEDと適切な抵抗を直列に接続するだけです。この場合、ACを使用することの利点は、LEDをどちらの方向にも挿入できることです。430オームは青色LEDで使用し、500オームは赤色LEDと緑色LEDの両方でそれぞれ使用することを忘れないでください。
ブレッドボードのセットアップの写真は次のとおりです。
blueWire wireGreenRed
赤色LEDは緑色LEDと同じなので、この場合の写真は撮っていません。

電気的な振る舞い-長所と欠点

光源は常に点灯しているように見えますが、目をすばやく動かすと明るさの変化を感じることができるので、光源が点滅していることは確かに分かります。入力信号は米国のコンセントから来るため、光源は60Hzの周波数で点滅しています。(これは他の国では異なります。)私はこのことを示すために青色光のスローモーションビデオを240FPSで撮りました。

goodGIFSize60HZ

この方法でLEDを駆動することには長所と欠点があります。
長所としては、

  • LEDの接続方向は、どちらでもかまいません
  • 設計はシンプルで、コスト面で有利です
欠点としては、
  • LEDは最終的には、より早く劣化します
  • ちらつきは目障りで、目立ちます

参考までに、今回使用した部品が入ったカートへのリンクをご紹介します。
https://www.digikey.jp/short/v3f5nr5h




オリジナル・ソース(英語)