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「極性」と「電流駆動」が分からない

電気工作(電子工作?)で、LEDを点灯させようとしています。
小学校で豆電球を点灯させた経験しかない初心者です。

「極性」というもので行き詰まりました。
LEDには極性というものがあるらしく、極性というのは分子内に存在する電気的な偏りのことらしいのですが、プラスとマイナスを逆につなぐこととこの分子内の事情にどんな関連があるのかさっぱり分かりません。
電気的な偏りがあるということは、マイナスの電子(またはプラスの電子)がLEDには大量に存在していて、プラスの電子(またはマイナスの電子)が少ないという意味でしょうか。それって静電気が下敷きに帯電している状態と同じでしょうか。そうだとするとLEDをこすって静電気を起こすと極性が反対になるか、あるいはもっと強く光るようになる? でも下敷きは放置しているとそのうち放電してしまいますよね。LEDはたぶん放置しても極性が変わらないと思うので、何か違う話? 
またLED以外にも、ICチップやほかの部品にも足にプラスとかマイナスとか書いてあるものがありますが、それらにも極性があるのでしょうか。

また、LEDの場合は抵抗をつけなくてはならず、それは大きい電流が流れると壊れるから抵抗を付けて小さくしなくてはならないからだと思ったのですが、詳しい人から、抵抗を付けるのは電流駆動だからだと言われました。
電流駆動というのは電流があったら点灯するという意味かと思いますが、そもそもすべての電子部品は電流が流れないと動かないのではないでしょうか。豆電球だって電流が流れていたはずなので電流駆動ですかと聞くと、それは違うそうなのです。
調べてみたところ、「電流駆動とは電磁誘導とは異なる方法で電流を流す(駆動する)方法である。」そうです。iPhoneを端子に刺さなくても台に置くだけで充電できるという記事で「電磁誘導」を見かけた覚えがありますが、そうすると直接電線をつなぐとみな電流駆動なのでしょうか。でも豆電球も電線つないだけど電流駆動ではないらしいし・・。
それに抵抗をつけたら電流駆動になるというのも意味が分かりません。抵抗は流れる電気を減らすためのものと理解しています。電気が減るとむしろ駆動する電流が減って、他のもので駆動しなくてはならなくなるんじゃないでしょうか。それが何か見当つかないけど。

考えたり調べたりするほど謎が深まるばかりです。
「極性」と「電流駆動」について教えてください。

投稿日時 - 2018-05-29 16:09:59

QNo.9503161

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回答(7)

ANo.7

NO3再回答です。
スピーカーは20~20KHzに変化する交流周波数で鳴らすのですが、
インピーダンス変化に応じて「電流駆動」のほうが良いのでは?との少数意見がありますが、「電圧駆動」が主流であって良い特性になります。
アンプ部が「電圧駆動」でも、LEDの電源ランプの場合はアンプの電源回路から抵抗を使って定電流で点灯させるのが一般的で電圧駆動のアンプ部とは無関係です。
定電流ダイオードなどは高くつくので使わないと思いますし、抵抗内臓のLEDもあったと思います。
スピーカー端子にLEDと抵抗を付けると大音量の時に点灯し、小音量になると
点かなくなり面白いです。
駆動電圧が変わってLEDに流れる電流が変化するためです。
参考まで。

投稿日時 - 2018-06-01 19:51:35

ANo.6

No4.ですが複雑な処理は不要で、定電流ダイオードを一個つけてやればそれで解決することになりますが設計上これでは良い設計とは言えません。
何故なら定電流ダイオードは電流を一定に保ちますが電流を一定に保つために定電流ダイオードが自ら余分な電圧分を熱に変えることで電流を一定にしてる為に電気回路として効率が悪くなります。
それで実際にLED照明等では効率を良くするはずのLEDが充分な性能を発揮できません。
そこで実際にはLED照明等ではICを使ったON,OFF時間を調整することで一定電流にする定電流コンバータを使用して無駄な電力を消費しない電子回路を使用しています。
電気製品でただ光って運転状態を表示するだけの微小電力しか食わないLEDには抵抗や定電流ダイオードを使います。

投稿日時 - 2018-06-01 18:16:07

ANo.5

 >極性というのは分子内に存在する電気的な偏りのことらしいのですが、プラスとマイナスを逆につなぐこととこの分子内の事情にどんな関連があるのかさっぱり分かりません。
 この文は Wikipedea の「極性」の説明文のようですが、この「極性」の説明は、分子の極性の説明ですので、LED とは何の関係もありません。
 「電流駆動」についても同様と思われます。
 ですので、この御質問は、LED に関する限り何の意味も持ちません。
 
 「極性」という言葉は広く使われており、電気に関するだけでも LED 以外に、たとえば乾電池にも極性があり、磁石にも極性があり、あまり知られていないかもしれませんが、家庭のコンセントにも極性があります。
 LED の極性については、LED はダイオードの一種で「発光ダイオード」とも呼ばれていますので、
 まず、「ダイオード」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%89
 次に、「発光ダイオード」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BA%E5%85%89%E3%83%80%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%89
 電流駆動については
 「電圧」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%9C%A7
 「電流」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B5%81
 「オームの法則」
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%A0%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87
 このあたりをお読みになって、疑問があれば新たに御質問をするのがよいかと思います。
 LED の特定として、加える電圧のわずかな変化で流れる電流が大きく変わってしまうので、電流の変化が少なくなるような回路で点灯しなければなりません。この状況を電流駆動と称しています。

投稿日時 - 2018-06-01 13:52:06

ANo.4

ほとんどの電気回路は電圧駆動で一定の電圧を加えることで安定した動作が出来ます。
例えば電球は温度が低いと抵抗が低く温度が高いと抵抗が高くなります。
それで一定電圧を加えると最初は大きい電流が流れますがフィラメントが光を出すほど熱くなると抵抗が高くなって一定の温度、電流で安定した状態となります。
LEDの場合は電圧がある程度まで高くならないと電流はほとんど流れずそれ以上電圧が高くなると急激に電流が増えてきます。
それだけでなく電流が流れると熱も出ますからLEDの温度が上がり電圧が一定だと電流はさらに増えて暴走状態となり焼き切れます。
それで一定電流を流す電流制限をする電気回路を設計しないと使えないことになります。
通常の電気回路の一定電圧駆動に対して、一定電流を流す必要があるLED等は電流駆動と呼んでいます。

投稿日時 - 2018-05-30 07:56:41

お礼

有難うございます。
電流が例えば5アンペアなら常に5アンペアになるように、電圧が状況に合わせて変動するようにつなぐ必要があるのですね。
たぶん電流を一定にすることだけ気を付けていれば抵抗が変化しても電圧は勝手に変わる?(おそらくオームの法則が関係する?)
そして電流を一定にするには何も複雑な処理は不要で、定電流ダイオードを一個つけてやればそれで解決する?

どうして抵抗を付けると電流駆動になるのか(電圧も安定させないといけないのでは? 最初からLEDに合った電流を出力してやれば抵抗をつける必要はないのでは?)はやっぱり謎ですが、ひょっとして、あまり難しく考えず、単純に
電圧駆動 : 流れる電圧が一定。
電流駆動 : 流れる電流が一定。
とだけ考えて、部品ごとにこれは電圧駆動なのか電流駆動なのか調べて、それぞれ何ボルトと何アンペアにつなげばいいのか確認して、それに合うようにつないでやれば良いのでしょうか。

投稿日時 - 2018-06-01 16:10:36

ANo.3

すでに回答にあるように、LEDは半導体素子であってダイオードと同じに極性があって、順方向には電流が流れやすく逆向きには流れにくいPN結合素子です。
流れやすい順方向に電流を流して光らすので一定電流に制限して駆動しないと壊れます。
一定の電流に近づける方法は抵抗1本をつないで安くする方式が多いのですが、
定電流ダイオードを使うなどほかにも定電流にする方式があります。
ICチップやトランジスターなど半導体の端子にプラスとかマイナスとか書いてあるものは極性があるからです。
(電磁誘導とは電線でなくて空間から電磁を受けて電圧を得る方法で無関係)

普通に電流駆動と言うと一定電流にして使う定電流駆動のことを言うはずです。
LEDは定電流回路が必要ですが、白熱ランプは点け始めは大電流が流れるけどすぐにフィラメントの抵抗値が大きく成って一定電流に落ち着きます。

余談ですが、アンプでスピーカーを鳴らしたりするのは周波数にかかわらず一定電圧で駆動する普通の定電圧駆動テストで良い特性になるようにしています。
それで定電流駆動にすると低音共振周波数Fsでは抵抗値が大きいので盛り上がったりします。

投稿日時 - 2018-05-29 20:51:45

お礼

有難うございます。
「PN結合」というヒントをいただいたおかげで、極性というものがイメージできました。
LEDは豆電球とは全く異なる仕組みで光っているのですね。そういえば蛍光灯はまた別の仕組みで光りますよね。同じ電気を使って同じ「光る」という目的なのに仕組みは違うんですね。
とても面白いです。

スピーカーも「電流駆動」と「電圧駆動」があるんですね。
変な疑問かもしれませんが、例えば「電圧駆動」しているスピーカーの電源ランプがLEDの場合、電圧駆動のスピーカーと電流駆動のLEDが一つの回路内に混在すると思うのですが、これは問題ないのでしょうか?
定電流ダイオード?とか使って部分的に電流駆動にしたりするんでしょうか。でも電子回路って輪なので部分って無理そうなイメージがあるんですが・・。

投稿日時 - 2018-06-01 16:09:31

ANo.2

>LEDには極性というものがあるらしく、
>「極性」というもので行き詰まりました。

発光ダイオード(LED, light emitting diode) も, 一般のダイオードと同様に, 極性があって, 電流が流れ易い向き(順方向)と流れにくい 向き(逆方向)があります。
+側(陽極側)から -側(陰極側)に向かう方向が順方向です。
LEDの順方向に直流電圧を 0Vから加えて増加させていくと, ある一定の電圧を超えると順電流が急に増加し出します。電流が一定値以上流れるとLEDが発光するようになります。順電流が許容値を超えるとLEDが壊れるので, LEDに直列に電流制限のための抵抗を挿入するか, 定電流源駆動素子を用いる(電流駆動)。
に収まるように電流駆動する(発光時10mA~15mAの順電流, 無発光時は電流OFF)。

投稿日時 - 2018-05-29 20:30:53

お礼

有難うございます。
極性というのは単に電気の流れやすい向きがあるということなんですね。
たぶんどちらの足をマイナスにつなぐかということを気にしなくてはならない部品と気にしなくて良い部品があるのですね。そして気にしなくてはいけないというのを専門用語で「極性がある」と言うのですね。

投稿日時 - 2018-06-01 16:09:12

ANo.1

キビシイ言い方をすると、間違った知識の上にトンチンカンな推測をされている状況かと思います。
根本的に間違っていることが多々ありますね・・・

LEDは日本語で言うと「発光ダイオード」です。つまり「半導体素子」です。
半導体はわかりますか?
ダイオードはPN結合の最も簡単な素子です。一方向にしか電流を流しません。
つまり、極性を逆にすると電気そのものが流れないのです。
だから極性というか、p側、n側それぞれに意味があるわけです。
あなたの推測は何を言っているのか、私にはわかりませんのでスルーさせてもらいます。そもそも電子工学レベルでは「電子」はマイナスです。プラスの電子(=陽電子のことか?)というのは量子論レベルでは出てきますが、普通は考えません。電子はマイナスと覚えておきましょう
(というか、基礎が間違っているので、そのうえで推測するのもどうかと)

電流駆動という言葉ですが、おそらく対義になるのは電圧駆動かと思います。
電磁誘導というのも電気工学の基礎中の基礎の理論ですので、どうしてここで出てくるのかがわかりません。「電磁誘導の法則」って知らないのですよね??
モーターとか発電機とか皆この電磁誘導を利用しています。

LEDに抵抗器をつけるかどうかは、大電流を流すと壊れるからです。(あなたの推測通りです)
そもそも、IC回路からの少しの電流でも動作できるように設計されている場合が多いわけです。だから、大電流が流れることがはっきりわかる場合は抵抗器をつけて設計どおりの電流になるようにしないと壊れるかもしれないということです。
LEDが電流駆動の素子であることは確かにそうですが、電流駆動だから抵抗器をつけると言うことの意味が私にはわかりません。

興味があるのでしたら、書籍などで系統だった勉強された方がいいですよ。

投稿日時 - 2018-05-29 19:05:52

お礼

有難うございます。
初心者向けの電子回路の書き方研修を受けて最初の質問に行き当たったのですが、講師の考える「初心者」は私よりかなりレベルが高く、質問するほど新しい専門用語が増えてますます分からなくなる状況で、半泣きでした。
しかしいろいろ回答をいただいて追加で調べた結果、どうもこの講師は説明の仕方が専門的なだけで、講義の内容自体はそんなに高度な話ではないのではないかという気がしてきました。

「半導体」というのは、真空管の代わりに使って条件分岐をするためのものだと思っていました。
まさかランプ(LED)に関係があるとは思いませんでした。
半導体っていろいろ使い道があるのですね。きっと他の使い道もあるのかもしれない。

投稿日時 - 2018-06-01 16:08:38

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