概要
ArduinoでLEDを使う際、直列抵抗を追加する必要があります。この抵抗は、LEDに流れる電流を制限し、LEDやArduinoピンを保護するために重要な役割を果たします。この記事では、抵抗値の計算方法と一般的な理想値について解説します。
なぜ抵抗が必要なのか？
Arduinoのデジタル出力ピン（例: D13）は、LEDを直接駆動できますが、ピンに流れる電流には制限があります。Arduino Unoの場合、1ピンの最大電流は約20mA（推奨値）です。
抵抗を追加しない場合、過剰な電流が流れ、LEDが焼損したりArduinoが故障するリスクがあります。そのため、適切な抵抗値を選ぶことが重要です。
抵抗値の計算方法
直列抵抗の値は、オームの法則を用いて計算できます。
オームの法則
抵抗値 R は次の式で計算します：
R = (Vs – Vf) / I
- R: 抵抗値（単位: Ω）
- Vs: 電源電圧（Arduinoの出力電圧、通常5V）
- Vf: LEDの順方向電圧（LEDに必要な電圧、例: 赤色LEDは約2.0V）
- III: LEDに流したい電流（通常10～20mA）
例: 抵抗値の計算
- 条件:
- Arduinoの出力電圧 VsVsVs: 5V
- 赤色LEDの順方向電圧 VfVfVf: 2.0V
- LEDに流す電流 III: 10mA（0.01A）
- 計算:
R = (5 – 2.0) / 0.01
R = 3.0 / 0.01
R = 300 Ω
- 結果:
- 必要な抵抗値は 300Ω となります。
抵抗値の選び方
計算結果が300Ωの場合、E12系列（一般的な抵抗値の標準規格）から最も近い値を選びます。
- 推奨値: 330Ω（計算値よりやや大きい値を選ぶことで安全性を高める）
LEDの色による抵抗値の違い
LEDの順方向電圧は色によって異なるため、抵抗値も変わります。以下は一般的なLEDの順方向電圧と推奨抵抗値の目安です。
| LEDの色 | 順方向電圧 VfVfVf | 抵抗値（目安） |
|---|---|---|
| 赤 | 2.0V | 330Ω |
| 緑 | 2.1V | 330Ω |
| 青 | 3.0V | 220Ω |
| 白 | 3.2V | 220Ω |
Arduinoピンの制限
Arduinoの出力ピンには次の制限があります：
- 1ピンあたりの最大電流: 20mA（推奨）、40mA（絶対最大値）
- Arduino全体の最大電流: 200mA
これを超える電流が流れる場合、Arduinoのピンや回路が破損する可能性があります。
まとめ
ArduinoでLEDを安全に駆動するには、直列抵抗の選定が重要です。適切な抵抗値を選ぶことで、以下を守ることができます：
- LEDの保護:
- 過剰な電流を防ぎ、長寿命化。
- Arduinoの保護:
- ピンや回路の故障を予防。
- 安定した回路設計:
- ノイズや不安定な動作を回避。
抵抗値はオームの法則に基づいて計算し、E12系列の標準値から最適なものを選択してください。Arduinoでの回路設計がより安全で効果的になるでしょう。
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