やってみる

アウトプットすべく己を導くためのブログ。その試行錯誤すらたれ流す。

LEDには極性がある

 プログラムを一切書かずにLED点灯したい。

前回

 シミュレータtinkercad.comはLEDの順電圧など細かいデータが不明だし設定もできないことがわかった。

今回

  1. ブラウザでtinkercad.comにアクセスする
  2. 一番下のボタンをクリックして電子工作シミュレータを起動する
  3. Arduino UNOを3.3V電源として使用する
  4. LED点灯する回路をシミュレートする

LEDには極性がある

足の長さ 極性 記号
長い アノード プラス
短い カソード マイナス

アノードとカソード

 プラス・マイナスじゃダメなの? なんで新しい名前つけちゃうかな。覚えること増えるじゃん……。Wikipediaにも「用語として混乱している」と書いてる。

アノードとカソードの区別は、電流(電子)の向きによって決まるのであり、電位の高低によらないことに注意を要する。陽極と陰極の区別は電位の高低によるとする流儀(電圧の方向による区別)と、アノード・カソードの直訳とする流儀(電流の方向による区別)があり、用語として混乱している。

 使い分けについて書いてあった。

正極・負極という用語は、電位の高い側・低い側という意味で定着しているので、電位の高い低いの区別には正極・負極を、電流の向きの区別にはアノード・カソードを用いるのが望ましい。

 でも電位差と電流向きって結果的に同じにならない? 電位が高いほうが電流の流れ始める位置としてプラスと呼ばれるんでしょ? 電子の流れもそこでしょ? アノードでしょ?

正極・負極で表現すると、アノードは、真空管電気分解では正極、電池の場合は負極である。

 何言ってるかわからん。アノードって物によって変わるの?

電圧差の区別をする用語

和名 英名 記号 説明
正極 プラス 電圧が高い側
負極 マイナス 電圧が低い側

電流向きの区別をする用語

名前 説明
アノード 上り口。外部回路から電流が流れ込む電極のこと。外部回路へ電子が流れ出す電極とも言える。
カソード 下り口。外部回路へ電流が流れ出す電極のこと。外部回路から電子が流れ込む電極とも言える。

 説明が矛盾しているようにみえる。たぶん前者は電気の入力を受ける側で、後者が電気を出力する側の説明なのだろう。

 電池のプラス極を例えるなら「アノード」になる。でも電池の極は電位差があるから実際は「プラス」と呼んでいるのだろう。対して、LEDには電位差なんてなくて、電気の流れる向きがあるだけ。だからアノード・カソードで呼び分けると。

逆耐電圧

  • 極性を逆にして配線すると破損する可能性がある
    • LEDは逆耐電圧(VR)を超過すると破損する
      • 大抵は4〜5V程度

 参考

 LEDダイオードにおいてアノード・カソードの見分けが大事な理由がコレだと思われる。点灯しないのはもちろんだが、場合によってはLEDの素子が破壊されてしまう。

 このため、万一間違ったときのことを考えて電源電圧は5Vより3.3Vのほうが安心できると考えた。

LEDを3.3Vで点灯させる

 シミュレータにてArduino UNOの3.3V出力端子を使いLEDを点灯させる。

配線する

f:id:ytyaru:20181106104808p:plain

  • Arduinoの3.3V端子がプラスとして電気を流し始める
  • 抵抗値は75Ω
  • LEDは足の長い(曲がっている)方がアノードである。アノードをプラス配線に接続する
  • ArduinoのGND端子で電流を落として回路完成

シミュレーション開始

f:id:ytyaru:20181106104813p:plain

 点灯した。このときのLEDの向きが重要。

点灯しないパターン

LEDを逆向きに配置する

f:id:ytyaru:20181106104958p:plain

 点灯せず。

LED逆向きで5V

f:id:ytyaru:20181106105343p:plain

 逆耐電圧を超過して破損するかと思ったが無事。リアルでやったらどうなるかわからんのでやらない。

LEDのアノードとカソードを同じ線上に配置

f:id:ytyaru:20181106105943p:plain

 点灯せず。これは予想外だった。LEDの後ろで隣に配線し、そこからGND端子へ繋がっているはずなのだが。なぜ点灯しないの?

 とりあえず、原因不明だがブレッドボードでLEDを配線する時は数値行をまたぐように配置せねば点灯しないらしい。