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電流制限抵抗の選択
概要
電流制限抵抗は、流れる電流の量が回路が安全に処理できる量を超えないようにするために回路に配置されます。 電流が抵抗器を流れるとき、オームの法則に従って、抵抗器の両端に対応する電圧降下があります(オームの法則は、電圧降下は電流と抵抗の積であると述べています:V = IR)。 この抵抗器の存在により、抵抗器と直列に接続されている他のコンポーネントに発生する可能性のある電圧の量が減少します(コンポーネントが「直列」の場合、電流が流れる経路はXNUMXつだけであり、その結果、同じ量の電流が流れます。それらを介して;これは、右のボックス内のリンクを介して利用可能な情報でさらに説明されています)。
ここでは、LEDと直列に配置された電流制限抵抗の抵抗を決定することに関心があります。 次に、抵抗とLEDが3.3Vの電源に接続されます。 LEDは非線形デバイスであるため、これは実際にはかなり複雑な回路です。LEDを流れる電流とLEDの両端の電圧の関係は、単純な式には従いません。 したがって、さまざまな単純化の仮定と近似を行います。
理論的には、理想的な電圧供給は、供給されるはずの電圧で端子を維持しようとするために必要な任意の量の電流を供給します。 (ただし、実際には、電圧供給は有限量の電流しか供給できません。)点灯しているLEDの電圧降下は、通常、約1.8V〜2.4Vです。 具体的には、2Vの電圧降下を想定しています。 LEDの両端のこの量の電圧を維持するには、通常、約15mAから20mAの電流が必要です。 もう一度具体的に説明するために、15mAの電流を想定します。 LEDを電圧供給に直接接続した場合、電圧供給はこのLEDの両端に3.3Vの電圧を確立しようとします。 ただし、LEDの最大順方向電圧は通常約3Vです。 LEDの両端にこれより高い電圧を設定しようとすると、LEDが破壊され、大量の電流が流れる可能性があります。 したがって、電圧供給が生成したいものとLEDが処理できるものとの間のこの不一致は、LEDまたは電圧供給、あるいはその両方に損傷を与える可能性があります。 したがって、LEDの両端に約2Vの適切な電圧を与え、LEDを流れる電流が約15 mAになるように、電流制限抵抗の抵抗を決定する必要があります。
整理するには、図1に示すように、回路図を使用して回路をモデル化すると便利です。
図1.回路の概略図。図1では、3.3V電圧源をchipKIT™ボードと考えることができます。 繰り返しになりますが、一般的に、理想的な電圧源は回路に必要な任意の量の電流を供給すると想定していますが、chipKIT™ボードは有限量の電流しか生成できません。 (Uno32リファレンスマニュアルには、個々のデジタルピンが生成できる電流の最大量は18 mA、つまり0.0018 Aであると記載されています。)LEDの電圧降下が2Vであることを確認するには、抵抗の両端の適切な電圧を決定する必要があります。 VRと呼びます。 これを行うXNUMXつの方法は、各ワイヤの電圧を決定することです。 コンポーネント間のワイヤは、ノードと呼ばれることもあります。 覚えておくべきことのXNUMXつは、ワイヤーの全長にわたって同じ電圧があるということです。 ワイヤの電圧を決定することにより、あるワイヤから次のワイヤへの電圧の差を取り、コンポーネントまたはコンポーネントのグループ全体の電圧降下を見つけることができます。
電圧供給の負側が0Vの電位にあると仮定することから始めると便利です。 これにより、図0に示すように、対応するノード(つまり、電圧供給の負側に接続されたワイヤ)が2Vになります。回路を分析するとき、0Vの信号接地電圧を自由に割り当てることができます。回路の0点に。 他のすべての電圧は、その基準点を基準にしています。 (電圧は0点間の相対的な尺度であるため、通常、回路内のどの点に0Vの値を割り当てるかは重要ではありません。分析では、コンポーネント間で常に同じ電流と同じ電圧降下が得られます。それでも、電圧供給の負端子に3.3Vの値を割り当てるのが一般的な方法です。)電圧供給の負端子が3.3Vであり、2V電源を検討している場合、正端子は電圧である必要があります。 0Vの(それに接続されているワイヤ/ノードと同様)。 LEDの両端で2Vの電圧降下が必要であり、LEDの下部がXNUMXVであるとすると、LEDの上部はXNUMXVである必要があります(それに接続されているワイヤも同様です)。
図2.ノード電圧を示す概略図。図2に示すようにラベル付けされたノード電圧を使用して、すぐに行うように、抵抗の両端の電圧降下を決定できます。 まず、実際には、コンポーネントに関連する電圧降下をコンポーネントのすぐ隣に書き込むことがよくあることを指摘しておきます。 したがって、たとえば、電圧源が3.3Vの電源であることを認識して、電圧源の横に3.3Vを書き込みます。 LEDの場合、2Vの電圧降下を想定しているため、LEDの横に簡単に書き込むことができます(図2を参照)。 一般に、要素の片側に存在する電圧とその要素の両端の電圧降下が与えられると、要素の反対側の電圧を常に決定できます。 逆に、要素のいずれかの側への電圧がわかっている場合は、その要素の両端の電圧降下がわかります(または、どちらかの側の電圧の差をとることで簡単に計算できます)。
抵抗器の両側(Wire1とWire3)へのワイヤの電位がわかっているので、抵抗器の両端の電圧降下VRを解くことができます。
既知の値を差し込むと、次のようになります。
抵抗器の両端の電圧降下を計算したら、オームの法則を使用して、抵抗器の抵抗を電圧に関連付けることができます。 オームの法則は、1.3V = IRを示しています。 この式では、電流Iと抵抗Rの1.3つの未知数があるように見えます。最初は、積が15Vであれば、IとRを任意の値にできるように見えるかもしれません。 ただし、前述のように、一般的なLEDの両端の電圧が2Vの場合、約15 mAの電流が必要になる(または「引き込まれる」)場合があります。 したがって、IがXNUMX mAであり、Rを解くと、次のようになります。
実際には、正確に86.67Ωの抵抗を持つ抵抗を入手するのは難しい場合があります。 おそらく可変抵抗器を使用してその抵抗をこの値に調整することもできますが、それはやや高価な解決策になります。 代わりに、ほぼ正しい抵抗があれば十分なことがよくあります。 220〜XNUMXオームのオーダーの抵抗が適切に機能することがわかります(つまり、LEDに電流が流れすぎないようにしますが、電流制限抵抗はLEDを妨げるほど大きくはありません)。照明から)。 これらのプロジェクトでは、通常、XNUMXΩの電流制限抵抗を使用します。