74HC14を使った白色LED点滅回路

質問

電子工作初心者なのですが
1.2vを74HC14を使って電圧を3倍の3.6vにして白色LEDを点滅させる物を作りました。しかし点滅はしたのですが、乾電池（3.6v）につなげた状態と比べるとあまり明るくないのです
原因が何かわかる方居ましたら教えていただけないでしょうか？

こんな感じに作りましたhttp://proxy.f3.ymdb.yahoofs.jp/bc/48c15eda_d242/bc/%a5%de%a5%a4%a5%c9%a5%ad%a5%e5%a5%e1%a5%f3%a5%c8/1.2v%c4%b6%b9%e2%b5%b1%c5%d9LED%c5%c0%cc%c7%b2%f3%cf%a9.BMP?bcwUWwIBXupw7vj0

テスターでLEDにかかる電圧を調べようとしたのですが
点滅が一瞬なのでアナログテスターでは計れませんでした。

回答No.6

tance · ベストアンサー

tanceです。
電源電圧が3.6VくらいまではおそらくLED電流が数mA（平均値）程度に
なると思います。これだとまず壊れることはありません。

もっと電源電圧を上げると発熱は気になりますが、即座に壊れることは
ないと思います。本来はきちんと過負荷かどうかの計算をしなくては
なりませんが、とりあえず明るくすることだけを書いています。
（LED電流が増えれば当然電池の寿命にも関係して、暗い間ずっと点灯
することができなくなったり、昼の間に充電できなかったりするので
その面でも再検討が必要です）

明るくする方法の一つを提案してみます。よかったら試してみてくださ
い。

まず、今の回路の４番ピンと13番ピンの間が直接接続されていますが、
ここを切り離してください。（2Mの抵抗と４ピンはつないだまま。10uと
13ピンもつないだまま）

そして、4ピンと5ピンをつないでください。さらに、6ピンと13ピンを
つないでください。

これだけでは、今までと同じ動作をします。ここからがメインです。
74HC240というICを1個買って、これまでの回路に追加します。
まず、HC240のピンどうしを下記のようにつないでください。
17と18 3と4 16と15 14と13 7と8 12と11
2と6 17と13 4と8 15と11 5と9

そしてさらに、従来のHC14のピンとHC240のピンを下記のように
つないでください。

HC14の5～HC240の2
HC14の13～HC240の17
HC14の11～HC240の4
HC14の9～HC240の15
HC14の8～HC240の5

HC240の10,1,19ピンはGNDにつないでください。20ピンは電源に
つないでください。この10ピンと20ピンの間になるべく短く0.1uFの
コンデンサをつないでください。（なくても大丈夫かも知れません）

LEDにつながっている10uFのコンデンサを100uとかもっと大きくすると
それでも明るくなります。とりあえず、10uFのままにしてやってみて
ください。

また、電源もまずは1.2Vのままでやってみてください。これで今まで
よりちょっとでも明るくなれば配線は問題ないとして、電源電圧を
上げるようにしましょう。配線が間違っていると、電池が電源で
電源電圧が2V程度以上ある場合、すぐにICが壊れます。

少々接続箇所が多くて１箇所に何本も線が集中するので作りにくかったり
しますが、確実に明るくなります。

電圧を上げると点滅の周期が長くなります。

明るすぎる場合はLEDと直列に抵抗を入れてください。入れる抵抗値は
どんなLEDかにもよりますが、HC240が発熱しないということがが目安
となります。（やってみて決める）

電池の寿命やソーラセルの充電能力は、様子をみて変更（容量アップ）
をする必要があるかもしれません。

もうひとつ懸念材料があります。格段に明るくなると、CdsにもLEDの
光が入るようになるかもしれません。するとどうなりますか？
暗くなると点灯しますね。点灯すると明るくなりますね。明るくなると
消えます。消えると暗くなります・・・・。結局？？？？？
つまり、LEDの光がCdsに入らないようにする必要が出てきます。

念のため確認ですが、上記はアマチュアが趣味で行う前提での話しです。
もしこれが売り物だとすると、このやりかたは全くお奨めできません。
各部品の定格などを無視した回路だからです。動くことは動くと
思いますが、信頼性は保証できません。（短寿命とか、多数作ると
動かないものが出るなど）

お礼

ありがとうございます。
丁寧に教えて頂いてよくわかりました。
このような点滅回路を数個作る予定なので2作目からHC240もためして見ようと思います。
また行き詰ったらこの場を利用して質問するかもしれませんがそのときは宜しくお願い致します。

回答No.7

hs001120

ANo.1です
​>それとこの事で調べていたらANo.1さんが言ってくれたロスが昇圧回路に使ってあるショットキバリアダイオードで起こっているらしいので

いいえ、ちょっとハズレてます。
ショットキバリアダイオードでもロスはありますが、74HC14内部のロスの方が遥に大きいです。

>たとえ3.6Vに昇圧されていたとしても0.数Vの電圧降下が発生している
ここが一番大きな誤解と思います。
1.2Vの3倍で3.6Vになっているはず。と言うところから間違っています。

厳密には正しくありませんが、大雑把な考え方として、
(1.2V-74HC14内部のロス-ショットキバリアダイオードのロス)の3倍
で、元の電圧が低い場合のロスの比率はかなり多いという認識が必要です。

ちなみに74HC14の定格動作時の電圧降下例についてはデータシートに書いてあります
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/74HC14.REV1.PDF
の4ページめVOH,VOLのところです。
電源3Vで出力電流が2.4mAなら、出力電圧は0～3Vではなくて0.33～2.34Vでしかありません、この場合1Vのロスがある事になります。
ロスは出力電流によっても違い20マイクロAなら、0.1～0.2Vです

つまり
>http://briefcase.yahoo.co.jp/tyuird​　←のマイドキュメントのなかにあります。
では、LEDにはわずかな電流しか流すことはできません。

というか、上記回路は実用回路というよりも、お勉強用の回路です。
今、ホームセンターへ行けば、
太陽電池+充電池+白LED+夜間点灯用センサー+昇圧回路が、簡易防滴筐体に組み込まれたガーデンライトが
税込み500円未満程度で売られています。
もちろん74HC14を使うなんて無駄な事はしていませんから、一度分解してみると楽しめるかも知れませんよ。

お礼

ありがとうございます。
ロスについてよくわかりました。
今回この質問をする際にガーデンライトのことも言われるかもと
思っていましたがこの点滅の作りかけの物があったのでガーデンライトの分解は安売りの時にします。

回答No.5

tance

tanceです。
回路図見て原因がはっきりしました。74HC14は（ほかのも）電源電圧が
2Vは必要です。前にも書いたように、実際は1.2Vでも動くかもしれま
せんが、ほとんど出力電流がとれない状態になっているでしょう。

ショットキの順電圧ドロップがロスにはなりますが、それ以上に、ICの
能力が出せない電源電圧であることが最大の原因だと思います。

もうひとつ電池をおごって、2.4Vにしたらだいぶ違ってくると思います。
ためしに、太陽電池のことは一時忘れて2.4Vにしてみてください。

超高輝度LEDを点けるのであれば、本当はもっと大電流が欲しいところ
です。
だとすると電源電圧は5Vくらいは欲しいですね。また、前にも書いたこと
と同じですが、ショットキを使ってコンデンサのポンピングをしている
部分はすべて８パラ（８個のゲートを並列接続する）にすると、桁違い
に大電流が流せるようになります。

また、このようにコンデンサを使って電圧を上げるための専用ICも出て
います。そのようなICを使うのも手です。

補足

ご回答ありがとうございます。
2.4V以上にした場合この回路では3倍になるのでLED・74HC14に過電圧・過電流などの影響は出ないのでしょうか？焼けたり寿命が縮んだりなど。

＞ショットキを使ってコンデンサのポンピングをしている部分はすべて８パラ（８個のゲートを並列接続する）にすると、桁違いに大電流が流せるようになります。
↑かなり興味深いのですが完全な初心者なのでどこをどう接続すればいいかわかりません＞＜;
今回作るときに参照した回路図もHPで見つけたものをそのまま作っただけなので。

回答No.4

tance

回路図が見えないので何とも言えませんが、きちんと3.6Vになっている
として、駆動電流が足りないだけなら、HC04とかHC240など、たくさん
入っているインバータやバッファを追加して、それらを全部並列にして
ドライブすると素子数倍の電流を流せます。

ただ、ICの電源電圧がどうなっているかによって流せる電流が違って
きます。Vddは3.6Vなのでしょうか。そうだとすると3mAくらいだと
思った方が良いです。８個並列でも24mAくらいしか流せません。

ただし、直列抵抗を下げれば事実上もっと流れます。でもこれはICには
あまり良くないのでお奨めはできません。

74HC14の電源は何Vですか？　もしかして1.2V？　だとすると、もっと
わずかしか流せません。それより、本来は74HCシリーズのICは電源電圧
2V以下では動きません。実際は動くかもしれませんが、ドライブ能力
などは桁違いに弱くなっているはずです。

ICの電源は別電源で、たとえば5Vだとすると6mAくらい流せますが、逆に
1.2Vを3.6Vにする方法が不明になります。

回路が見えるともっと具体的なことが言えるのですが。言葉で説明
できないでしょうか。

補足

皆さんせっかく回答下さったのに申し訳ないのですが、URLを間違って貼り付けてしまいました。誰かお一人回答があったら補足で入れようと思っていたのですが用事があったので遅れてしまいました。
http://briefcase.yahoo.co.jp/tyuird　←のマイドキュメントのなかにあります。
それとこの事で調べていたらANo.1さんが言ってくれたロスが昇圧回路に使ってあるショットキバリアダイオードで起こっているらしいのでたとえ3.6Vに昇圧されていたとしても0.数Vの電圧降下が発生しているのでLEDにかかる電圧が低く乾電池3.6Vと比べ暗くなってしまうのではと思います。
もしダイオードのせいであればこの回路を4倍の電圧に出来ないでしょうか？もし出来るのであればそのダイオードの特性を利用して3.6Vに下げることは出来ますか？

回答No.3

noname#76137

回路図が参照できないので、HC14で発振器を構成して
白色LEDを点滅させていると仮定します。

AN1さんのいわれるように、HC14の出力端子電圧が3.6Vの瞬間の
シンク電流またはソース電流が4mA以下のため、LEDへの駆動
電流が足りないと思われます。

パルス駆動などダイナミック点灯でも人間の目には
連続電流駆動より暗く見えるのは、おそらく人の目の残像現象
とも関係していると思われます。

明るくしたい場合は、HC04の出力に小型のTrアンプ
２SC1815等をつけ、LED駆動電流を増やしてやる、
あるいは点滅周期を短くすると良いと思います。
または74HC04を74LS04などに差し替える手もありえます。

お礼

参考になります。ありがとうございました。

回答No.2

takepon256

74HCってLED駆動できるほど出力電流大きいのでしょうか？
普通に考えると4mAしか出力できないのですが。
http://www9.plala.or.jp/fsson/NewHP_elc/usef/usef_cmos.html

それ以上の電流になると出力電圧が低下します。

お礼

回答ありがとうございました。

回答No.1

hs001120

>こんな感じに作りました​http://proxy.f3.ymdb.yahoofs.jp/bc/48c15eda_d242/bc/%a5%de%a5%a4%a5...​
既に気づかれているかも知れませんがアクセスできません。

回路が判らないのでコメントし辛いのですが、一般論でよろしければ
・エネルギー保存則やエネルギーロス、74HC14の仕様は考慮してますか?
LEDの仕様が3.6V-30mAとすると、エネルギーロス0で仮定しても1.2V側は90mAは必要です。
現実にはロスを考慮するともっと必要です。
また、74HC14の出力を並列にしたとしても1回路あたりの負荷が高いと出力電圧幅はずっと小さな値になります。
特に74HCの定格は2～6V、1.2Vでは動作はしてもロスは大きくなりますよ。

試しに1.2V条件で
74HC14の1回路について、入力をGNDにして出力電圧をテスターで計る。
次に出力に50～100オーム程度の負荷をGND間に繋いだ状態で出力電圧をテスターで計ってみる
入力を1.2Vに繋いで出力電圧をテスターで計る。
次に出力に50～100オーム程度の負荷を1.2V間に繋いだ状態で出力電圧をテスターで計ってみる
事をお勧めします。
無負荷ではほぼ0V～電源電圧になると思いますが、出力に負荷を繋いだ状態ではかなり電圧範囲が狭くなってしまう事が判るはずです。

諸々のロスを計算に入れると、ロスを無視して計算したときの値は現実とはかけ離れた値であった事が判るかも知れませんよ。