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LED(発光ダイオード)の光らせ方。配線方法と注意事項、ダイオードクリップについて

2018/01/31

【はじめに】
当ブログの内容における未検証項目につきまして、誤りがある点をいくつかご指摘頂いています。
誠に申し訳ないのですが、しばらく内容修正に取り掛かれないうえ、ブログを閉鎖することも今のところは考えていないので、内容に関しては「間違っている箇所もある」と思って頂けると幸いです。

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led

エフェクターの電源ON/OFFの時に光るライトは、LEDと呼ばれるものです。

LEDの正式名称は発光ダイオード。
つまり、光るダイオードということ。

ダイオードの特性は電流を一方向にしか流さない事が有名で、
LEDもアノード・カソードという電流を流す向きが設定されています。

uxcell 2 ピンLEDライト発光ダイオード レッドグリーンイエロー 150 x 3mm 150個入り

二本生えている足のうち、長いほうがアノード、短い方がカソード。
電流はアノードからカソードへ流れます。

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LEDの種類

LEDは発光する色とサイズで数種類存在しています。

エフェクターで一番多く使われているのが3mmの赤色LED。
Marshall Guv'norのON/OFF表示灯や、内部配線にも使用されています。

数年前まではModされたエフェクターにはよく青色LEDが使われていてクールな印象を受けました。

最近は紫のものやピンク、黄色、緑などなど色味にも自由度が増え、またサイズも視認性の高い5mmサイズのものも出回り、エフェクターのビジュアル的なキャラクターを作るのに一役買っています。

rustdriver

これはだいぶ昔に作ったRustDriverのコピー品です。
5mmの紫色LEDを使用しました。(装飾品として5mmのLED用のメタルホルダーを使っています)

チキンヘッドノブと無骨なケースと相まって、どことなく色気があります。(自画自賛)

LEDの点灯のさせ方

led_schematics

LEDの配線は上図の通りです。
VEEは電池とか電源だと思ってください。

VEEの+側から抵抗、LEDのアノード、スイッチ、GNDの順に接続します。

スイッチがオフの時は電源の+側から流れようとする電流がスイッチのところで途切れてしまうので、LEDの中を電流が流れ続ける状態が作れません。
その為LEDが点灯しないことになります。

スイッチをONにすると、LEDを抜けた電流はそのままGNDに流れます。
エフェクターなどの回路の場合、GNDがそのまま電源のマイナス側に接続されているので、電流が回路を回る事ができるようになります。

するとLEDを流れる電流も電源の電力が失われるまでは流れ続ける為、点灯する事になります。

回路上の抵抗の役割について

この回路を初めて見た時、
「こんなややこしくしないで、直接電池とLEDを繋げばいいんじゃない・・・?」って思った方も多いのではないでしょうか。
僕もそのくちです。

そう思う方は、一度自分の欲望の赴くままに試してみる事をオススメします。

一瞬まばゆい光がパァッと光ったかと思うと、二度と光ってくれなくなるでしょう
LEDを一つ犠牲にする代わりに、大切な何かを学べるということです・・・。

これは回路に流れる電流が大きすぎて、LEDを焼ききってしまった状態と言えます。

LEDはだいたい20~30mA以上の電流が流れると壊れてしまうもの。
その為、普通はこのように直前に抵抗をかませて、電流の量を制限してあげる必要があるんです。
※抵抗はLEDの前後段どちらでも可。

抵抗の値について

※この項の記述が思いっきり間違えていたので修正しました。

LEDの色や性能によってバラつきはありますが、LEDには動作電圧が表記されています。
LEDのアノード側とカソード側の電圧差がこの動作電圧より低ければ、LEDは動作しない=点灯しないということです。

また、LEDには最大で許容できる電流量も設定されているので、流れる電流もそれより小さな値にしなければなりません。

つまり、LEDにかかる電圧が動作電圧以上かつ、LEDに流れる電流が最大で許容できる電流未満になるように抵抗を設定するということです。

LEDにかませる抵抗値の例

例として動作電圧が1.7V、最大許容電流が20mAのLEDで考えてみます。
たいていのLEDはこんな感じの値です。

LEDのカソードが0V(たとえばアース)に接続されている場合には、動作電圧をクリアするために、アノード側に1.7V以上の電圧をかける必要があります。
006P角電池やパワーサプライが持つ電圧の「9V」そのままでも動作電圧はクリアしていますが、このままだと許容できる最大電流をオーバーしてしまい、LEDを壊してしまうため、回路に抵抗をかませていきます。

この時の抵抗によって電圧降下が起きたとしても、LEDのアノード側に1.7Vの電圧がかかっていればOKということです。
(つまり、抵抗によって7.3Vまでの電圧降下なら起きてもOKということ)

led_schematics2_mod

逆にLEDのアノードが9Vと直接つながっているのであれば、カソード側の電圧が7.3V以下になるように抵抗をかませればOK。
(LEDの後ろ側の抵抗(または回路)によって7.3Vまでの電圧降下ならOKということ)

さらには、流れる電流が20mA程度で壊れてしまう前提なので、LEDを流れる電流は20mA(0.002A)より小さい値である必要があります。

そこで、仮にLEDを流れる電流を10mA(0.001A)と設定します。

一本道の回路を流れる電流の値は一定なので、LEDを流れる電流が10mAなら、抵抗を流れる電流も10mAです。

10mAの電流が流れるときに7.3V電圧降下する抵抗の値(R)は、以下のように求められます。

R×10mA=7.3V
※R(抵抗値)×I(電流)=V(電圧)(オームの法則より)

R=7.3V÷10mA

R=7.3V÷0.01A (※1A=1000mA)

R=730Ω

つまり、LEDの前に730Ωの抵抗を置くことで、回路を流れる電流は10mAに抑えられ、
LEDを壊すことなく、点灯させられるということになるわけです。

面倒な人は1~4KΩで

かと言って、いちいち計算するのは面倒だという人もいると思います。
そういう人は、ブレッドボードやみのむしクリップを使ってテストしてみれば一発。

極端に大きい抵抗でなければ、点灯してくれるはずです。
たとえば1KΩ~4KΩあたり。

※もちろん極端に小さいのもNG。100Ωを切るようなのは絶対NG。
たまに2KΩかと思ったら2Ωだった、みたいなミスもやらかしますが・・。

ちなみに僕はどこかのサイトでみた4.7kΩという抵抗をいつも使っています。
LEDの動作電圧を2Vとすると10mAを流すのに必要な内部抵抗は200Ω。
9Vの電源回路において抵抗とLEDの合成抵抗値を4.7kΩ+200Ω=4.9kΩとした場合、流れる電流は1.8mA・・・。

これでも十分にLEDが光ってくれていることを考えると、電流値はそこそこ小さくても大丈夫なのかもしれないです。

光らせる以外の用途

LEDというと、光らせてナンボみたいなイメージがありますが、エフェクターの内部回路にも使われていたりします。

有名なランドグラフのオーバードライブは、内部回路のアンプ部で増幅された信号のフィードバック回路にLEDがかませてあります。
MarshallのGuv'norなんかもアウトプット付近で回路にLEDが使われていました。

これはクリップ回路と呼ばれ、音の波形を切り取って歪ませる役割をもっています。

なぜLEDでひずみ(ディストーション)が作れるのかというと、「LEDがダイオードの1種だから」ということで説明がつきます。

ダイオードは一方向にしか電流を流さない特性ばかりに着目されますが、それ以外にも「特定の電圧以上の時だけ電流を通す」という特性があるんですね。

なのでその「特定の電圧以上だけ」をGNDに流してやれば、残った部分のみがアウトプットに出てきます。

diode_clip

図のようになめらかな曲線の波形の山を切り取ることで、アウトプットに現れる波形を台形、または四角い波形にすることができるわけです。

この四角い波形こそがオーバードライブ・ディストーション時の音の波形であり、
ダイオードを使って疑似的にこの波形を作ってあげることで、結果的に音がディストーションすることになるわけです。

ダイオードクリップに関しては以下の記事も参考にしてみてください。
[参考]パッシブファズ(ダイオードクリッパー)の自作

 

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