LED（発光ダイオード）は、電流が一方向にのみ流れる極性のある半導体デバイスです。LEDを点灯させるには、回路内で正極端子と負極端子を正しく接続する必要があります。

  • アノード（＋）は正極端子です。 従来の電流はこの端子からLEDに流れ込みます。
  • カソード（−）は負極端子です。 電流はこの端子から出て、グラウンドへ流れます。

標準的なリード付きLEDでは、長いリード線と丸みのある側がアノードを表し、短いリード線と樹脂の縁の平らな部分がカソードを表します。LEDのリード線が切り詰められている場合や、表面実装デバイス（SMD）パッケージを使用している場合は、デジタルマルチメーターまたは部品のデータシートで極性を確認できます。

端子極性の記号リード線の長さパッケージの外装ダイオード記号の特徴
アノード正極（＋）長いリード線丸みのある縁三角形の底辺（矢印）
カソード負極（−）短いリード線平らな縁／切り欠き縦棒

LEDのアノードとカソードとは？

LEDは特殊な p-n 接合ダイオードです。順方向バイアス時に接合部で電荷キャリアが再結合すると、エレクトロルミネッセンスによって光が生じます。

LEDのアノードとは？

アノードは、 p型半導体材料に接続されています。従来の電流はアノードからデバイスに流れ込みます。基本的な直流回路では、アノードを電源の正電位（vCC）側に接続する必要があり、必ず電流制限抵抗または専用ドライバー回路と直列に接続します。

LEDのカソードとは？

カソードは n型半導体材料に接続されています。電流はカソードからデバイスの外へ流れます。一般的なローサイドスイッチング回路では、カソードは回路のグラウンド（0V）または直流電源の負極端子に接続されます。回路図では、カソードは回路の配線に対して垂直な線／棒で表されます。

従来の電流と電子の流れ

電子工学では、電流について次の2つの説明が使われます。

  • 従来の電流： 正電荷が アノード（＋）からカソード（−）へ流れると考えるモデルです。回路図、ダイオード記号、工学上の慣習は、このモデルに従っています。
  • 電子の流れ： 素粒子である電子の実際の移動を表します。電子は負電位から正電位へ移動するため、電子は カソード（−）から入り、アノード（＋）から出ます.

LEDの極性が重要なのはなぜ？

LEDには p-n 接合があるため、その電気的な動作は電圧の向きに完全に左右されます。

  1. 順方向バイアス： アノードの電位がカソードより高くなると（ダイオードの順方向電圧降下 Vfを超えると）、空乏層が消失し、電流が流れて発光します。
  2. 逆バイアス： カソードの電位をアノードより高くすると、空乏層が広がり、開回路状態となって電流が遮断されます。

LEDを逆向きに接続すると発光せず、直列に接続されたほかの部品にも影響を及ぼすことがあります。

標準的なインジケーターLEDに3V～5V程度の小さな逆電圧を加えても、通常は直ちに故障しませんが、LEDの 最大逆方向降伏電圧（Vr)（標準的なLEDでは多くの場合わずか5Vに定格設定されています）を超えると、接合部の破壊や永久的な劣化、またはデバイスの故障を引き起こすことがあります。

スルーホールLEDのアノードとカソードを見分ける方法

標準的な3mm、5mm、10mmのスルーホールLEDには、極性を判断するための物理的な目印がいくつかあります。

through hole led

方法1：リードの長さを確認する

未加工のスルーホールLEDは、工場出荷時にリードの長さが異なります。

  • 長いリード： アノード（+）
  • 短いリード： カソード（-）

制限事項： ブレッドボードでの配線、試作、または基板への実装時にリードを切断すると、この方法は使えません。

方法2：平らな側面を探す

色付きまたは透明なプラスチック製エポキシレンズの根元を確認します。

  • 平らな縁： カソード（-）
  • 完全に丸い縁： アノード（+）

爪を根元の縁に沿って動かし、平らな部分を探します。

方法3：内部電極を確認する

透明なエポキシ樹脂のケース越しに、内部の金属リードフレームを確認します。

  • アンビル（大きい金属部分）： カソード（-）。半導体ダイが入った反射カップを支えています。
  • ポスト（小さい金属柱）： アノード（+）。細いボンディングワイヤでポストとダイが接続されています。

制限事項： 不透明、拡散型、または色付きのケースでは、内部構造が見えにくいことがあります。

方法4：基板の表示を確認する

プリント基板には、部品の配置を示すシルクスクリーン印刷があります。

  • + / – または A / K： A アノードを示します。 k （ギリシャ語の Kathodosに由来）カソードを示します。
  • ダイオード記号： 三角形の先端はカソード側のバーを指します。
  • 部品のシルクスクリーン表示： 片側が平らな円は、カソードを配置する位置を示します。
識別方法アノード（+）カソード（−）制限事項
リードの長さ長いリード線短いリード線リードを切断すると判別できません
パッケージ形状丸みのある縁平らな側面製造上の例外として、平らな側面がないものもあります
内部構造小さな突起大きなアンビル／カップ拡散色または着色パッケージでは見分けにくい
PCBシルクスクリーン+ または A– または k適切なPCBレイアウト設計が必要
データシート1番ピン／印のあるピン2番ピン／印のあるピン特定のメーカー部品番号が必要

SMD LEDの極性を見分ける方法

表面実装デバイス（SMD）LED（例：0603、0805、1206、2835、3535、5050）にはリード線がありません。メーカーによってマーキングが異なるため、パッケージ上の表示を使って極性を確認する必要があります。

smd led polarity

SMD LEDの一般的な極性表示

  • 緑色の線または点： 多くの場合、パッケージの上面または下面に印刷され、通常は カソード 側を示します。
  • カソード側の切り欠き／面取り： パッケージ本体の小さな面取り角または切り欠きは、 カソード.
  • パッケージ下面の表示： 0805や1206などのパッケージでは、下面の金属部分に 「T」字形, 矢印、または 三角形が表示されていることがあります。「T」の横棒または矢印の根元が アノードを指し、先端は カソード.
  • カソードに直接接続されたパッド： 2835や5050などの大電力パッケージでは、放熱のため、大きな放熱パッドがカソードに接続されていることがよくあります。

注意： マーキングの規則は、すべてのメーカーで統一されているわけではありません。はんだ付けする前に、必ず部品番号とメーカーのデータシートに記載されたフットプリント図を照合してください。

マルチメーターでLEDの極性をテストする方法

目視で判断できない場合は、デジタルマルチメーター（DMM）を使って確実に確認できます。

ダイオードモードでのテスト手順

  1. マルチメーターのロータリーセレクターを ダイオードテストモード （ダイオードのアイコン：→|）に設定します。
  2. 赤いリード線を V／Ω／ダイオード端子に、 黒いリード線を COM端子に差し込みます。 テスト棒の先端をLEDの2本のリード線に当てます。
  3. 測定結果を確認します。
  4. 結果を観察します：
    • LEDがかすかに点灯し、メーターに電圧値（通常1.6V～3.2V）が表示された場合： この 赤いプローブがアノード（＋）に接触しています および 黒いプローブがカソード（−）に接触しています。表示された数値は、LEDの順方向電圧降下（Vf).
    • メーターに「OL」（オーバーリミット）が表示されるか、0Vのままの場合： プローブを逆向きにして再テストしてください。
multimeter

どちらの向きでもLEDが点灯しない場合は？

  • 順方向電圧が高い（Vf): 標準的な青色、白色、UV LEDは通常2.8V～3.4Vを必要とします。マルチメーターによってはダイオードモードで供給される電圧が2.0Vしかなく、これらの色を点灯させるには不十分です。
  • LEDの焼損： 内部のボンディングワイヤまたは半導体接合部が損傷している可能性があります。
  • 複数チップ／直列接続LED： 複数の内部チップが直列に接続されたパッケージ（例：6Vまたは12VのSMDパッケージ）は、標準的な3Vのマルチメーター試験電流ではテストできません。

LEDを正しく接続する方法

LED回路の基本構成

電流制限なしでLEDを電圧源に直接接続してはいけません。熱暴走が発生し、数ミリ秒以内にデバイスが破損します。

basic led circuit configuration

標準的な接続経路：

電源電圧（VCC） → 抵抗（R） → アノード（+） → カソード（-） → グラウンド（0V）

注：電流制限抵抗は、アノード側にもカソード側にも配置できます。直列回路なので、電流はすべての箇所で同じです。

電流制限抵抗の値の決め方

適切な抵抗値を計算するには、オームの法則を使います：

ここで：

  • Vsupply = 電源電圧（ボルト、V）
  • vf = LEDの順方向電圧降下（ボルト、V。通常、赤色／黄色は1.8V～2.2V、青色／白色は3.0V～3.3V）
  • If = 目標とする順方向動作電流（アンペア、A。標準的なインジケーターLEDでは通常0.010A～0.020A、つまり10mA～20mA）

共通アノードLEDと共通カソードLED

RGB LED、複数桁の7セグメントディスプレイ、LEDバーグラフなどの複数LED部品では、共通端子を共有することで、複数の内部LED接合部を1つのパッケージにまとめ、ピン数を減らしています。

common anode vs. common cathode leds

共通アノード（CA）構成とは？

  • 共通端子： すべての内部の正極ノード（アノード）が内部で接続され、1つのピンにまとめられています。
  • 接続： 共通ピンはVに直接接続しますCC.
  • 点灯制御： 各セグメントまたは色は、それぞれのカソードピンを LOW（グラウンド／0V）.
  • ドライバーの動作： マイクロコントローラーまたはLEDドライバーが 吸い込み ます。

共通カソード（CC）構成とは？

  • 共通端子： すべての内部の負極ノード（カソード）が内部で接続され、1つのピンにまとめられています。
  • 接続： 共通ピンは回路のグラウンド（GND）に直接接続します。
  • 点灯制御： 各セグメントまたは色は、それぞれのアノードピンを HIGH（Vに接続）CC).
  • ドライバーの動作： マイクロコントローラーまたはLEDドライバーが 供給し ます。

比較のまとめ

特徴共通アノード（CA）共通カソード（CC）
共通ピンアノード（+）カソード（-）
共通ラインの接続先電源（VCC)グラウンド（GND）
点灯条件ロジック LOW (0V)ロジック HIGH (VCC)
マイクロコントローラーの役割電流 電流を吸い込む電流 電流を供給する
主な用途アクティブLowのディスプレイドライバー、オープンドレインIC標準ロジック出力、マイコンの直接接続ピン

RGB LEDおよび7セグメントディスプレイにおけるLEDの極性

RGB LEDのピン配置の特定

4ピンのスルーホールRGB LEDには、赤、緑、青の発光素子が一体にパッケージされています。

a 4 pin through hole rgb led

ピン2（最も長いリード）: この 共通ピン （共通アノードまたは共通カソード）。

ピン1（共通ピンの隣）: 赤色チャネル（順方向電圧は低めで、約2.0V）。

ピン3: 緑色チャネル（通常約3.1V）。

ピン4: 青色チャネル（通常約3.2V）。

7セグメントディスプレイの極性

7セグメントディスプレイには、個別の棒状LEDが7個（aからgのラベル付き）と小数点（DP）があります。

  • 共通アノードディスプレイ: カソード側のセグメントをLowにするドライバーが必要です（例: オープンコレクターアレイと組み合わせた74HC595などの標準シフトレジスター）。
  • 共通カソードディスプレイ: セグメントに正電圧を供給するドライバーが必要です（例: MAX7219ドライバーIC）。
  • 個別の抵抗: 各セグメントに、それぞれ電流制限抵抗が必要です。共通ピンに抵抗を1つだけ接続すると、点灯するセグメントの数に応じてディスプレイの明るさが変動します。

LEDを逆向きに接続するとどうなるか

LEDを逆向きに接続すると、

  1. LEDは点灯しません: p-n接合が電流を遮断します。
  2. 分岐を流れる電流はほぼゼロになります: 開放スイッチとして機能するため、その下流に直列接続された部品にも電力が供給されません。
  3. 損傷の危険: (V逆方向)の電圧が定格ピーク逆電圧（Vr（通常約5V）未満であれば、LEDは損傷しません。ただし、Vrを超える電圧がかかると、逆方向降伏により半導体接合部が過熱し、永久的に破損するおそれがあります。

極性のトラブルシューティング手順

  1. 直ちに電源を切ってください。
  2. リード線の長さ、またはケースの平らな縁を確認してください。
  3. 基板のシルクスクリーンに記された極性表示と部品の配置を照合してください。
  4. 部品を回路から取り外し、マルチメーターのダイオードテストモードで確認してください。
  5. 計算した直列抵抗値によって過電流が防止されることを確認してください。

よくあるLEDの極性に関する間違い

  • 平らな辺が常にアノードを示すと思い込む： 平らな辺は カソード （負の）端子を示します。
  • 切断されたリード線を頼りにする： パッケージの平らな辺を必ず確認してください。リードフレーム内部の形状を調べるか、リード線を切断した後はテスターを使用してください。
  • すべてのSMDマーキングが同じ規格に従うと思い込む： アノードにドットを付けるメーカーもありますが、多くのメーカーはカソードに印を付けています。必ず該当する部品のデータシートで確認してください。
  • 複数セグメントディスプレイに共通の抵抗を1つだけ接続する： 共通ピンに抵抗を1つだけ接続すると、表示する数字によって明るさが目立って変化します。
  • 逆並列保護ダイオードを付けずに高電圧の交流を直接接続する： 交流サイクルによる逆方向ブレークダウンで、保護されていないLEDはすぐに劣化します。

クイックリファレンス要約

質問回答
LEDのアノードは正極ですか、負極ですか？正極（＋） 通常の順方向バイアス動作では、
LEDのカソードは正極ですか、負極ですか？負極（−） 通常の順方向バイアス動作では、
スルーホール型LEDのどちらのリードが長いですか？この アノード（+）.
平らな辺があるのはどちら側ですか？この カソード（-）.
回路図記号のどちら側がカソードですか？矢印が指す先にある縦線（バー）です。
DMMのどのプローブをアノードに接続しますか？この 赤色（+） プローブです。
通常、どちらの端子をグラウンドに接続しますか？この カソード（-）.

よくある質問

LEDのカソードは正極ですか、負極ですか？

標準的な順方向バイアスのDC動作では、カソードは 負の 端子です。回路のグラウンド、または電源の負側レールに接続します。

LEDの長いリードは常にアノードを示しますか？

新品でリードを切断していないスルーホール型LEDでは、長いリードがアノードです。ただし、部品のリードを切断したり、はんだを除去したりした後は、平らな辺、内部のカップ形状、またはマルチメーターでの測定を頼りにしてください。

LEDの両方のリードが同じ長さに切られている場合、極性をどうやって見分ければよいですか？

プラスチック製のケースの縁にある平らな部分（カソード側）を探すか、透明なケース越しに内部電極を確認してください（大きいアンビルがカソードです）。目視で判断できない場合は、デジタルマルチメーターのダイオードチェック機能を使ってください。

逆極性でLEDが壊れることはありますか？

逆電圧が部品の最大逆方向ブレークダウン電圧（標準的なインジケーターLEDでは通常5V）より低ければ、損傷せずに点灯しないだけです。逆電圧がこのしきい値を超えると、接合部がブレークダウンし、デバイスが恒久的に壊れるおそれがあります。

電流制限抵抗はアノード側とカソード側のどちらに接続しますか？

抵抗は どちら側にも配置できます。直列回路の部品には同じ電流経路が通るため、抵抗をアノード側に置いてもカソード側に置いても、回路の保護効果は同じです。

共通アノードと共通カソードのディスプレイの違いは何ですか？

共通アノードディスプレイでは、すべてのLEDの正極端子をVCCに接続し、各ピンをグラウンドに接続してセグメントを点灯させます（アクティブLow）。共通カソードディスプレイでは、すべての負極端子をグラウンドに接続し、正の電圧を印加してセグメントを点灯させます（アクティブHigh）。

まとめ

LEDの極性を正しく見分けることは、部品を保護し、回路を意図どおりに動作させるために欠かせません。標準的な順方向バイアス動作では、 アノードが正（+） 端子であり、 カソードが負（-） 端子であることを常に覚えておいてください。

標準的なスルーホール型LEDでは、長いリードを確認し、ケースの平らな辺を見つけるか、大きな内部アンビルカップを調べることで、すばやく向きを判断できます。ただし、メーカーによって目印が大きく異なる表面実装パッケージ（SMD）、RGBモジュール、複数セグメントディスプレイを扱う場合は、はんだ付けの前に、デジタルマルチメーターのダイオードモードと公式の部品データシートを使って、必ずピン配置を確認してください。

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