LED工作の間

目次

LEDの使い方

LEDの発光原理

 LEDの基本構造は一般的なダイオードと同じです。P型半導体とN型半導体がくっついた格好をしています。発光させるには順方向に電流を流すことで発光します。
 N型半導体の中には電子が、P型半導体の中にはホール(正孔:電子の抜け穴)が存在します。電圧がかからない状態ではお互いに離れて存在しますが、順方向に電圧をかけるとホールと電子はお互いの領域に入り込み、電子とホールが接触し、結合し(電子がホールに落ちる)光を発します。

led org.png

LEDの電気特性

 LEDの電気特性はダイオードの特性とほぼ同じです。一般の整流用ダイオードと異なるのは順方向電圧が大きい事です。このため順方向電圧以下の電圧ではほとんど電流が流れませんが、順方向電圧電圧を越えるとほぼ無制限に電流が流れます。このため電流を制限してやる必要があるため、一般的な使い方では電流制限抵抗がLEDと直列に接続されます。

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LEDの電圧電流特性


LEDの点灯回路

led c1.png

  E=I*R+Vled

LEDの電圧電流特性

  E:電源電圧 Vled:LED順方向電圧  R:電流制限抵抗

 LEDの順方向電圧は2V程度、青色、白色の場合は3V程度です。
   例えば、いま5Vの電源で、白色LEDを点灯しようとする場合
 LEDに流す電流が20mAとすると
 LEDの順方向電圧は3.2Vとして
 5V=20mA・R+3.2V
 20mA・R=1.8V
 R=90Ω

 LEDが発光するには1〜20mA程度の電流が必要で、電流によって光の強さが変わります。  

LEDの多数点灯

 照明等の目的でLEDを使用する場合、多数のLEDを点灯させなければなりません。その場合の接続方法は並列に接続する方法と、直列に接続する方法があります。前者の場合にはLED毎に電流制限抵抗をつける必要があり、部品の数が多くなってしまいます。後者の場合には部品の数は少なくなってしまいますが電源の電圧が高くなってしまいます。

led sch2.pngled sch1.pngled sch3.png


FPGAからのLED点灯

最近のFPGAのIOは3.3V駆動の場合が多いので、FPGAで点灯させる場合注意が必要です。一般の表示用のLEDであれば1〜5mA程度の電流を流してやれば光ります。 FPGAの出力ドライバーは大きいもので24mAまで出力出来る性能を持っていますので、電流制限抵抗とLEDをつなげてやれば点灯できます。ちなみにLEDだけを端子につないでも点灯出来ますが、LEDの電流が制御できませんのでFPGAかLEDの寿命を縮める事になりますので必ず電流制限抵抗を挿入してください/


LEDのダイナミック点灯

 数字表示器等を点灯する場合、通常はダイナミック点灯の手法が使われます。

 例えば4桁の数字を表示する場合、全てのLEDに電流を流すのは消費電流から考えて非効率ですし、信号の本数が増えてしまいます。そこで各桁を時分割方式で順番に点灯してやれば消費電力や信号線は少なくて済みます。ただし制御回路は少し複雑になります。FPGAでなければ採用しにくい方式なのかもしれません。 

 ダイナミック点灯の周期は50〜60Hzで十分ですが、チラつきが気になるか場合にはもっと速い速度を採用してください。