LEDに抵抗が必要な理由
LEDにはほぼ一定の電圧降下、つまり順方向電圧があり、それを超えると電流が急激に増えます。電流を制限するものがないと、発熱して壊れます。直列に入れた抵抗が電流を決めます。
計算式
R = (電源電圧 − LEDの順方向電圧) ÷ 電流
順方向電圧2.0 Vの赤色LEDを5 V電源で20 mA流すなら、(5 − 2) ÷ 0.020 = 150 Ωです。3.2 Vの白色LEDを12 Vで使うなら(12 − 3.2) ÷ 0.020 = 440 Ωなので、1つ上の標準値の470 Ωを使います。
順方向電圧の目安は、赤・黄・橙のLEDで約1.8〜2.2 V、青・白とほとんどの緑のLEDで約2.8〜3.4 Vです。正確な値はデータシートに書かれています。
定格電力
抵抗は余分な電圧を熱に変えます: P = I² × R。150 Ωの例では0.02² × 150 = 0.06 Wなので、一般的な1/4 W(0.25 W)の抵抗で足ります。計算した電力の2倍以上の定格を選びます。
複数のLED
直列なら順方向電圧を合計し、合計が電源電圧より低い範囲で抵抗1本を使います。並列なら、LEDごとに抵抗を付けます。LEDのわずかな個体差で電流が均等に分かれないからです。
計算ツール
LED の抵抗の計算は、正確な値、最も近い標準値、電力を示します。ほかの回路には、オームの法則の計算と直列・並列の計算が使えます。
白色LEDを3個直列に
順方向電圧3.2 Vの白色LED 3個を12 V電源で20 mAで点灯する場合、LEDで9.6V使うので抵抗には2.4 V残ります。R = 2.4 ÷ 0.020 = 120 Ωで、抵抗で消費する電力は0.02² × 120 = 0.048 Wなので、0.25 Wの部品で十分です。
4個目は12.8 V必要になり電源を超えるため、点灯しません。順方向電圧の合計は電源電圧の8割程度までに抑え、抵抗に余裕を残してください。
電流を減らして点灯させる
表示用のLEDはたいてい5 mAでもはっきり見え、最近のものなら1〜2 mAでも見えます。5 V電源で順方向電圧2.0 Vの赤色LEDを5 mAで光らせるなら、R = 3 ÷ 0.005 = 600 Ωなので620 Ωを使います。20 mAに比べて電流と発熱が4分の1で、電池式の機器やLEDが並ぶパネルでは効いてきます。
よくある問題
- 3 Vだと暗い、または点かない。青色や白色のLEDはそれ自体で約3 V必要なので、単三電池2本では抵抗の分が残りません。昇圧回路を使うか、赤色LEDにしてください。
- 並列のLEDに抵抗を1本だけ使う。順方向電圧がいちばん低いLEDに電流が偏り、熱を持って先に壊れます。1個ごとに抵抗を入れてください。
- LEDを端子から直接光らせる。マイコンの端子は20 mA程度までで、全端子の合計にも上限があります。それより明るくするならトランジスタを使ってください。
- 抵抗が熱くなる。P = I² × Rを抵抗の定格と比べ、計算値の2倍以上の定格の部品を選んでください。