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電子工作でLEDをイルミネーション点灯する方法

電子工作でLEDのイルミネーション点灯するイメージ画像

 

電子工作でLEDのイルミネーションを自作したい。LEDが一個ずつ点灯する回路を教えてください

また、簡単に装飾できるおすすめのイルミネーションライトも知りたいです。

 

このような質問にお答えします。

 

 

私は電子回路設計歴が約10年。

電子回路設計の仕事では、

LEDを光らせる
LEDを消す

これらの動作を繰り返すことをやります。

 

その経験に基づいて、電子工作でLEDのイルミネーション方法に関して解説します。

 

電子工作で複数のLEDを点灯する方法

複数のLEDを点灯するには、LEDを直列に接続する方法と並列に接続する方法があります。

 

電子工作で複数のLEDを点灯するには、並列に接続する方法がオススメです。

なぜなら、低い電圧の電源でLEDを点灯できるからです。

 

具体的にメリット、デメリットを見てみましょう。

直列接続 並列接続
メリット
  • 抵抗が1個で済む
  • 電流の合計値が増えない
  • 低い電圧の電源で点灯できる
  • 1個ずつLEDを点灯できる
デメリット
  • 高い電圧の電源が必要になる
  • 1個ずつLEDを点灯できない
  • LEDと同じ数の抵抗が必要
  • 電流の合計値が増える

 

複数のLEDを直列に接続する方法

複数のLEDを直列に接続した電子回路

I(Led1) 青色:
回路図のLED1に流れる電流
I(Led8) 赤色:
回路図のLED8に流れる電流

グラフ(上):
電源電圧48V → LED1, LED8の電流:5.0mA
グラフ(中):
電源電圧24V → LED1, LED8の電流:0.1mA
グラフ(下):
電源電圧12V → LED1, LED8の電流:0.0mA

 

LEDを8個直列に接続したときのシミュレーションです。

LEDは日亜化学工業の白色LED(型番:NSPW500BS)です。

なお、シミュレーションは電子回路シミュレータLTspiceを使用しています。

 

LEDに5mA流すことを考えます。

5mAを流した時、白色LED(NSPW500BS)の標準仕様書の「順電圧-順電流特性」のグラフより、LEDの順方向の電圧は3.2Vぐらいです。

 

よって、LEDが8個あるので、

3.2V × 8個 = 25.6V

この電圧より大きい電源電圧が必要となります。

 

シミュレーション結果を見ると、12V, 24Vのときはほとんど電流が流れていない、つまりLEDは点灯していません。

48Vのときは、5.0mA流れているので、LEDは点灯しています。

 

高い電圧の電源を供給できるのであれば、LEDを直列に接続する方法で問題ありません。

しかし、電子工作では3.3Vや5V、12Vなどの低い電圧が多いと思います。

そのような場合は次に解説する並列に接続する方法でLEDを点灯します。

 

複数のLEDを並列に接続する方法

複数のLEDを並列に接続した電子回路

I(Led1) 青色:
回路図のLED1に流れる電流
I(Led8) 緑色:
回路図のLED8に流れる電流
I(LED1)+I(LED2)+・・・+I(LED8) 赤色:
回路図のLED1~LED8に流れる電流の合計値

 

LEDを8個直列に接続したときのシミュレーションです。

この場合もLEDに5mA流すとすると、白色LED(NSPW500BS)の順方向電圧は3.2Vぐらいなので、電源電圧は3.2V以上必要となります。

ここでは電子工作でも良く使う5Vにします。

 

抵抗値は

(5V – 3.2V) / 5mA = 360Ω

になります。

 

なお、LEDの抵抗の決め方が良くわからないという方は、下記の記事で解説していますので参考にしてください。

» 電子工作でLEDの抵抗を決める4つの手順【LEDの明るさ制御も解説】

 

シミュレーション結果のI(Led1), I(Led8)を見てみると、LED1, LED8に流れる電流は5.5mAです。

つまり、LEDは点灯しています。

※0.5mA程度と少しだけ大きいですが、白色LED(NSPW500BS)のシミュレーションモデルの誤差と判断します。

 

このように、LEDを並列に接続すると、低い電圧の電源でもLEDを点灯することができます。

なので、電子工作で複数のLEDを使う場合は並列に接続する方をオススメします。

 

よくある質問1:抵抗を1つにすることはできないのですか?

LEDを並列に接続する場合、個々のLEDに対して抵抗を用意することをオススメします。

理由としては、各LEDの順方向電圧のばらつきを吸収できるからです、言い換えると、各LEDの明るさを均一にできるからです。

 

注意点1:電流の合計値に気を付ける

LED1個に流れる電流は5.5mAですが、並列に接続すると、シミュレーション結果のグラフ(赤色)のように44.0mAも流れます。

このぐらいであれば問題ないと思いますが、世の中にはパワーLEDなどのように、LED1個で300mAも必要とするものもあります。

例えば、配線(ワイヤー)には許容電流があり、LEDを数多く使用して、この許容電流を超えてしまうと、配線が異常に発熱して溶ける危険性もあるので、電流の合計値が許容電流を超えないように注意しましょう。

 

電子工作でLEDを順番に点灯するイルミネーション

複数のLEDを並列に接続すると、各LEDの点灯・消灯を1個ずつ制御できるというメリットもあり、きれいなイルミネーションを実現できます。

 

具体的には以下の通りです。

 

電子工作でLEDイルミネーションの電子回路

I(Led1) 青色:
回路図のLED1に流れる電流
I(Led2) 緑色:
回路図のLED2に流れる電流

I(Led7) 青色:
回路図のLED7に流れる電流
V(clk) 紫色:
タイマーIC(NE555)から出力したクロック。2秒周期。Duty 50%。

 

LED1~LED7までを順番に点灯したシミュレーションです。

タイマーICから2秒周期(Duty 50%)のクロックを、8bitシフトレジスタ(74HC164)に入力しています。

これにより、Q0~Q7の出力が、1クロックごとにLow→Highへと切り替わり、LED1~7に電流が流れます。

 

シミュレーション結果を見ると、LED1~7に流れる電流が、1クロックごとに0.0mA→5.0mAへ変化しているのが分かります。

つまり、以下のように順番に1個ずつ点灯しているということです。

 

◍=点灯〇=消灯

◍○○○○○○

◍◍○○○○○

◍◍◍○○○○

◍◍◍◍○○○

◍◍◍◍◍○○

◍◍◍◍◍◍○

◍◍◍◍◍◍◍

 

なお、8bitシフトレジスタ(74HC164)の8bit目(Q7)を、シュミットインバータ(74HC14)を経由して、クリア端子(MR)に接続することで、上記の点灯をループさせる(繰り返す)ことができます。

 

シミュレーション結果を見ると、17秒直前で全LEDの電流が5.0mA → 0.0mAに変化し、その後、LED1~7に流れる電流が、1クロックごとに0.0mA→5.0mAへ変化しているのが分かります。

つまり、順番にLEDが点灯する動作を繰り返しているということです。

 

特に繰り返す必要がなく、1度だけ順番に点灯したい場合は、8bitシフトレジスタ(74HC164)の8bit目(Q7)を、クリア端子(MR)に接続しなければ良いです。

このとき、8bit目(Q7)は未使用ピンになるので、ここにもう1個LEDを追加しても良いでしょう。

 

また、点灯する間隔を調整したい場合は、タイマーIC(NE555)から出力しているクロック(PWM)の周期を調整する必要があります。この方法に関しては下記の記事で解説しています。

» 電子工作でLEDを点滅する方法【電子ホタルの点滅方法も解説】

 

以下は、LEDを1個ずつ順番に点灯している動画です。

可変抵抗でLEDの点灯する間隔を調整できることが分かります。

 

よくある質問1:もっと数多くのLEDを点灯したいです

8bitシフトレジスタ(74HC164)を増やせば、数多くのLEDを順番に点灯できます。

 

具体的には以下の通り。

電子工作で数多くのLEDイルミネーションの電子回路

I(Led1) 赤色:
回路図のLED1に流れる電流
I(Led2) 青色:
回路図のLED2に流れる電流

I(Led14) 青色:
回路図のLED14に流れる電流
V(clk) 緑色:
タイマーIC(NE555)から出力したクロック。2秒周期。Duty 50%。

 

8bitシフトレジスタ(74HC164)を、もう1つ追加したときのシミュレーションです。

1つ目の8bitシフトレジスタ(74HC164)の8bit目(Q7)を、2つ目の8bitシフトレジスタ(74HC164)に入力しています。

これにより、それぞれのQ0~Q7の出力が、1クロックごとにLow→Highへと切り替わり、LED1~14に電流が流れます。

 

シミュレーション結果を見ると、LED1~14に流れる電流が、1クロックごとに0.0mA→5.0mAへ変化しているのが分かります。つまり、以下のように順番に1個ずつ点灯しているということです。

 

◍=点灯〇=消灯

◍○○○○○○○○○○○○○

◍◍○○○○○○○○○○○○

◍◍◍○○○○○○○○○○○

◍◍◍◍○○○○○○○○○○

◍◍◍◍◍○○○○○○○○○

◍◍◍◍◍◍○○○○○○○○

◍◍◍◍◍◍◍○○○○○○○

◍◍◍◍◍◍◍◍○○○○○○

◍◍◍◍◍◍◍◍◍○○○○○

◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍○○○○

◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍○○○

◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍○○

◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍○

◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍◍

 

このように、8bitシフトレジスタ(74HC164)を増やせば、LEDの数も増やすことができます。

よりきれいなイルミネーションを実現することができるのです。

 

電子工作でLEDを1個ずつ順次点灯するイルミネーション

LEDを順番に点灯するだけでなく、1個ずつ順次点灯するイルミネーションも実現できます。

 

具体的には以下の通り。

電子工作で異なるLEDイルミネーションの電子回路

I(Led1) 朱色:
回路図のLED1に流れる電流
I(Led2) 紫色:
回路図のLED2に流れる電流

I(Led10) 青色:
回路図のLED10に流れる電流
V(clk) 緑色:
タイマーIC(NE555)から出力したクロック。2秒周期。Duty 50%。

 

LED1~LED10までを1個ずつ点灯したシミュレーションです。

タイマーICから2秒周期(Duty 50%)のクロックを、カウンタ(74HC4017)に入力しています。

これによりQ0~Q9の出力が、1クロック分だけHighへと切り替わり、LED1~10に電流が流れます。

 

シミュレーション結果を見ると、LED1~10に流れる電流が、順番に1クロック分だけ5.0mAへ変化しているのが分かります。

つまり、以下のように順番に1クロック分だけ点灯しているということです。

 

◍=点灯〇=消灯

◍○○○○○○○○○

○◍○○○○○○○○

○○◍○○○○○○○

○○○◍○○○○○○

○○○○◍○○○○○

○○○○○◍○○○○

○○○○○○◍○○○

○○○○○○○◍○○

○○○○○○○○◍○

○○○○○○○○○◍

 

上記の点灯を繰り返します。(ループします。)

 

シミュレーション結果を見ると、LED1から10まで順番に5mA流れた後、またLED1から10まで順番に5mA流れているのが分かります。

このように、LEDを1個ずつ順次点灯するイルミネーションも実現できます。

 

以下は、タイマーICと74HC4017で順次点灯している動画です。

実際に1個ずつ順次点灯できているのが分かります。

 

簡単に装飾できるおすすめのイルミネーションライト

これまで、LEDのイルミネーション方法について解説しました。

1から作るのが手間と感じる方には、以下のイルミネーションライトをおすすめします。

 


LED イルミネーションライトurlife リモコン付属

点灯パターンが8種類もあり、リモコンで点灯モードを簡単に切り替えることができるので便利です。

  1. 連続点灯
  2. 波状点灯
  3. 点滅点灯
  4. ちらつき点灯
  5. 急速点灯
  6. 低速点灯
  7. ドリーム点灯
  8. 固定点灯

 

また、カラフルなイルミネーションを実現したいという方には、以下のイルミネーションライトがおすすめです。


イルミネーション ライト LED リモコン付

こちらも色々な点灯パターンがあります。

ぜひLEDのイルミネーションを楽しんでください!

 

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