Physics
มัธยมปลาย
至急⚠️⚠️⚠️
マーカー部分について質問です。なぜ、問いは「ＬＥＤ2に流れる電流を求めよ」なのに、解答ではＬＥＤ1の曲線との交点を求めているのですが？
17.(発光ダイオードを含む直流回路〉 大量
最近では高輝度なフルカラーの大型ディスプレイ
が街の至る所で見られている。これは赤·緑·青の
光の3原色の発光ダイオード (LED) を使い,これ
らの発光色を足しあわせることによって実現される。
ここでは赤色LED1と緑色LED2の2種類を考
える。これらを同じ強度で光らせると黄色の発光が
観測される。
図1はLED1とLED2の電流-電圧特性をそれ
2れ表す。ここでは電流が流れればLEDが発光し、
その発光強度は種類によらず, 消費電力に比例する
ものとする。ただし, LEDに流せる電流はともに
1.0Aまでとし, それをこえるとLED が壊れてしま
1.2
I=1.2-0.40V LED1; LED2]
1
0.8
0.2
0
0
電圧 V(V)
図1
う。
(A] 図2は2個の LEDを起電力カEの電池と抵抗値rの
2個の抵抗で並列につないだ電気回路である。 ここで電
池の内部抵抗は考えないものとする。LED1と2の両
端に加わる電圧をそれぞれ Vi, V2, 流れる電流をそれぞ
れL, Iaとする。
(1) EをIムと Viとrを用いて表せ。
次に E=3.0V, r=2.5Ω とすると, IL[A] と
Vi[V] は Iム=1.2-0.401Vi の関係式となり, 図1の直線で表される。この場合, LED1
の曲線と直線の交点がLED1に流れる電流とその両端の電圧になる。
(2) LED1に流れる電流I」[A] を求めよ。
(31 LED2に加わる電圧 V2[V]を求めよ。
(4) LED 2 の消費電力を求めよ。
(5) LED1の発光強度は LED2の発光強度の何倍か求めよ。
(B] [A] の場合に合成した2色の LEDの発光色は赤色の成
分が多いので, 黄赤色の LED発光であった。次に緑色成分の
多い黄緑色のLED発光色を実現するために, 図3のように
LED1と LED2を直列に接続し, 電池を 8.0Vにした。また,
抵抗は LED が壊れないように取りつけた。
'LED が壊れないための抵抗値r[Q] の最小値を求めよ。
最初に,図1からわかるように電流が流れている場合には
LED1に加わる電圧 1V4[V] と LED2に加わる電圧 V2[V]の間には V2=Vi+1.0 の関
係がある。ここで r=2.5Ω とする。
スル
E-
250 2.52
Vi
V。
LED1
LED2
図2
10.44
LED1
V V
E
8.0V
LED2
図3
の回路を流れる電流Iと電圧 1V.の関係式を求めて, 図1にそのグラフをかけ。
WLED2に流れる電流を求めよ。
9 LED2の発光強度は LED1の発光強度の何倍か求めよ。
(20 大阪工大)
d,H
電流IA
ニント 117 〈発光ダイオードを含む直流回路)
LED が従っ特性曲線と, LED が回路内で満たす関係式との交占から. 実現している電流·電圧を水のる。
(B](6) LED が壊れない最大の電流が1.0Aであることを用いる。
(7) Va= Vi+1.0 の関係が成りたつことを用いる。
【A](1) キルヒホッフの法則Iより E=rI+Vi
1.2
(2) 図aのグラフで, LED1の曲線と直線 IL=1.2-0.40 V
との交点からIを読み取ると I=0.40 A
(3) キルヒホッフの法則IIより,LED2について
I=2.8-0.80V LED1 LED21
1
0.8
E=rl2+ V2
が成りたつので
電
流 0.6
E V2
I2=
r
-=1.2-0.40V2
ム=1.2-0.40V(2), (5)
0.4
r
となり,LED1での直線と同じ式となる。よって図aの
グラフでLED2の曲線と直線 I=1.2-0.40 Vi との交
点から V2を読み取ると V2=2.5V
(4) LED2 の曲線と直線 Iム=1.2-0.401V. との交点から I2
を読み取ると I2=0.20A であるので, 消費電力 P: [W]
は P=I2V2=0.50W
(5) LED1の曲線と直線 ム=1.2-0.401V. との交点から
Viを読み取ると Vュ=2.0V であるので, 消費電力P.(W] は
0.2
2.7
0
1
2
3
4
電圧 V(V]
図a
P=IVi=0.80W
よって 号=1.6倍
P。
[B](6) LED 1と LED2は直列に接続されているので, 同じ電流が流れる。
LED が壊れない最大の電流である 1.0Aのとき抵抗値ヶは最小で, 図a
より Vi=2.7V, V2=3.7V とわかるので, このとき抵抗に加わる電圧
V, [V] は
V,=r×1.0=DE-Vi-V2=8.0-2.7-3.7=1.6V
よって r=1.6Ω
(7) 図3の回路でキルヒホッフの法則Iより
E=rI+Vi+V2
が成りたつ。この式に V2=1Vi+1.0 を代入すると
E=rI+Vi+(Vi+1.0)
よって I=2ー1.0_2,
r
8.0-1.0
2
2.5
2.5
すなわち I=D2.8-0.801V.
グラフは図aの赤線 A←。
(8)図aのグラフで, LED1の曲線と I=2.8-0.801V」の交点は,
I=0.80A, V=2.5V であり, この電流IがLED1と,それに直列に接
続されている LED2にも流れる。 よって I=0.80A
(9) 図aのグラフより, I=0.80A のとき, Vi=2.5V, Va=3.5V
合※A グラフをかくときは、
電流が1.0Aをこえないこと
に注意する。
Pe_IVa_3.5
P IV 2.5
であるので
-=1,4倍
%D
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