Arduino UNO にLEDを直結して電流を測ってみた

ロジックICの出力電流がどれくらい流れるか分かったので、本題に入ります。
（えー、いままでのは前振りだったのー）

以前、何かのおりに「LEDに電流制限抵抗を付けないとダメですよね。」
みたいな事を言われたことがあります。

確かに、「ちっちゃいーの」や「ikkeiplexing shield」は、
電流制限抵抗を省いてAVRにLEDを直結しています。

おそらく、大学の先生か何かで、学生に教える時に
LEDには抵抗を付けるんだと、言い聞かせていたのだと思います。

そのせいで、LEDと聞くと、
LED -> 電流制限抵抗 と脊髄反射してしまう人も多いのでしょう。

では、なぜLEDに抵抗を付けて電流を制限する必要があるのか。
それは、過大な電流が流れてしまうとLEDが壊れてしまうからです。
逆に言うと、過大な電流が流れないのなら、抵抗は無くても構わないと言うことです。

では、LEDが壊れるかどうか、実際に直結してみましょう。
回路は、先の測定回路の電流測定用の1Ω抵抗はそのままにして、
VRの代わりにLEDをつなぎます。


まずは、軽い方の4069にLEDをつなぎます。
用意したのは、秋月で買った赤色と青色のLEDです。

ソース	VF	IF
RED	1.9V	4.48mA
BLUE	2.96V	3.68mA
		
シンク	VF	IF
RED	1.96V	3.28mA
BLUE	2.92V	3.12mA

4069なら、3～4mA程度しか流れないので、直結でも全然大丈夫です。

先のグラフで、確認してみましょう。
ソース出力では0VからVF分だけ上がった電圧から横にみてグラフと交わった所がIFとなります。


シンク側を見て下さい。

定電流特性に入っているので、VFが違っているのにIFはほとんど同じになっています。


次に、HCU04です。

ソース	VF	IF

RED	2.4V	44mA

BLUE	3.56V	30.8mA

		

シンク	VF	IF

RED	2.36V	40mA

BLUE	3.6V	33.6mA

4069の10倍、30～40mAくらい流れます。

さて、それでは注目のUNOはどうでしょう。

ソース	VF	IF

RED	2.48V	68mA

BLUE	3.72V	41.6mA

		

シンク	VF	IF

RED	2.36V	76.8mA

BLUE	3.68V	48.8mA

Arduino UNO では、赤は70mA、青は40mAくらい流れました。

えー、そんなに流して良いの？！
と、思う人が多いでしょう。

では、LEDのデータシートを見てみましょう。
使用したLEDは既に秋月では売っていないようなので、
今売っているLEDのデータシートの定格を見てみましょう。

普通は、このIF=20mAを見て、20mA流せば良いんだと言うことになります。
でも、このデータ、IF=20mAのとき、VFは3.1V(代表値)で、10cdだと言うことを
表しているに過ぎません。

では、どれだけ流しても良いのか。
それはディレーティングカーブを見ます。

これを見ると、25℃までなら、30mA流して良いと言うことが分かります。
さらに、70℃だったら、15mAしか流せません。

じゃ、40mAも流しちゃダメじゃん。
いえいえ、そんなことはありません。
そう、絶対最大定格というのがあります。

これを見ると、100mAまで大丈夫そうです。
もちろん、マージンがあるので、100mAを超えると即破壊というわけではありません。
ただし、下の方にあるように、デューティは1/10以下にしないといけません。

実験では1/1000のデューティなので、余裕でOKです。
「ちっちゃいーの」では1/16なので、これもOK。
ま、LEDによって電流値は違うのですが、おおむねこのようになっています。

学校で教える時も、最初は「必ず電流制限抵抗を付けないといけない」で良いですけど、
卒業までにはデータシートの読み方や、ディレーティング、
デューティ制限なども教えてやって欲しいと思います。

私は大学校での講義は3ヶ月しか出来なかったので、
そこまでの話が出来なかったのが残念です。

追記
　このまま、製品に適用する人は居ないと思いますが、
　製品の信頼性については絶対最大定格に対して十分なマージンを確保する必要があります。
　それに関しては、またいずれ。