ダイオードとLED

学習指導要領： KS3, GCSE, Sek I, cycle 4

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目的

ダイオードが一方向にしか電流を通さないことを確かめ、電流制限抵抗をつけてLEDをつなぎます。

実験装置

上には、4.5 V / 1 W の電球を使った 5 V の回路が2つあり、左ではダイオードが順方向に、右では逆方向につながれています。下には、5 V の電圧源、220 Ω の抵抗、LEDがあります。

手順

1. 上の2つの回路の電球を比べます。
2. LEDを観察します。
3. LEDにつないだ抵抗のパラメータカードで、220 Ω を 1 kΩ に、次に 100 Ω に変えます。

予想される結果

ダイオードを順方向につなぐと電球は点灯し、逆方向につなぐと点灯しません。ダイオードはアノードからカソードの向きにしか電流を通さないからです。LEDは点灯し、流れる電流は約 14 mA で、LEDにかかる電圧は約 1.8 V、残りの 3.2 V は抵抗にかかります。1 kΩ ではLEDは暗くなり、100 Ω では明るくなって、電流は約 31 mA になります。ふつうの 5 mm のLEDでは、動作電流は 20 mA、最大電流は 25〜30 mA なので、31 mA はすでに限界です。電流を制限しているのは抵抗で、抵抗がなければ電流を制限するのは電圧源とLED自身だけになり、実際のLEDはすぐに焼き切れてしまいます。

問題

1. 回路図から、ダイオードが電流を通す向きはどのようにわかりますか。
2. 9 V の電源で 2 V、20 mA のLEDを使うには、どんな抵抗が必要ですか。

解答

1. ダイオードの記号は、棒を指す三角形です。電流は三角形が指す向き、つまり三角形の側のアノードから棒の側のカソードへ流れます。
2. 抵抗は、20 mA で残りの 9 − 2 = 7 V を受けもたなければなりません。\(R = (U - U_{LED}) / I\) = 7 V / 0.02 A = 350 Ω です。それより大きくて最も近い標準値 390 Ω では、電流は約 18 mA になります。