楽しく遊ぶための初心者にもわかる電子工作のヒント 最小限必要なもの

最小限必要なことは・・・(1-1)

初心者に必要な基本の基本はなにでしょうか・・・と問われると、

 1)簡単な回路図が読めること
 2)実際に回路図を見て配線できる
 3)回路図を見て電気の流れをイメージできること
 4)テスターで電圧などを測定できること

などが思い浮かびます。

電子工作キットなどでは、いろいろ工夫されて完動するようになっていますが、実際にいろいろな部品を使ってブレッドボードなどに回路を組んでいくと、目的通りに動くことがゴールになります。 それが確認できると一件落着になるので、そのためには、上のような4つのことができると楽しさも倍加するように思います。

ここではこれらのことを簡単に紹介していきます。

まず、使っている【回路図】ですが・・・ 

フリーソフトBSch3Vを使わせていただいて記事中の回路図を書いています。

LEDの回路測定例

時間と興味があれば、この回路図の「BSch3V」というフリーソフト(こちら)のサイトから、ダウンロードして使ってみてください。

私はとくにCADの知識はありませんが、2時間ぐらいかけて、いろいろな関連サイトの記事を読むとそれなりに使えるようになりました。

これは、部品表記も最新のJIS表記ではないものも使われていますが、フォーラムのみなさんが使いやすいように改善されてものなので、細かいことは考えずに、ここにある標準仕様のままで使わせていただいています。 それを頭に入れてこのHPの回路図を見てくださいね。

組み立ては主に「ブレッドボード」を使います

ブレッドボードに回路を組むのが基本で、終われば解体してしまいます。

ブレッドボードはいろいろな大きさがありますが、始めに準備するのであれば、10cm以下のもので充分です。(小さなものは2-300円程度です)

ジャンパー線やジャンパーピンも同時に購入しておきます。ジャンパー線があればともかく配線できますが、少し慣れると、スッキリした配線にしたいということから、ジャンパピンを多用するようになっていくと思います。

この水色線のように、ブレッドボードは穴の内部がつながっているので、配線が非常に簡単になります。 大変うまく考えられたものです。 

真ん中の溝を利用してICを取り付けたり、両端の電源ラインを使って、たくさんのLEDをつけたり・・・と、自由に使えばいいのですが、無理に部品やピンを押し込むと、ロックの部分が「バカ」になって、固定できなくなるので、意外ですが、「優しく扱う」ということを頭に叩き込んでおいて、長く使えるようにしましょう。

配線の仕方も特に決まっていませんが、電気の流れをイメージして、その順番に部品と線をつないでいくのがわかりやすいでしょう。

慣れないうちは、最初に部品位置を決めてからそれにジャンパー線を配線していくよりも、一つづつ、部品→ジャンパ線→部品・・・というように電気の流れをイメージするのがいいと思います。

まず、手を動かす

本を読んで知識を得ることもいいのですが、本にはいろいろなことが1から10まで書かれているか・・・といえば、そんな事はありません。

むしろ、知りたいことをWEBで検索するほうが、的確な場合が多くなっており、書籍を買って1から独学で勉強するのは大変です。 

また、極端な言い方ですが、2-3冊の本でおおよその電子のことが分かるか?・・・といえば、そんなことはありません。

電子の範囲は広大で、全般を1冊の本の中にまとめようとすると、どうしても、内容が薄い本になってしまいますので、「やさしい・・・」「よくわかる・・・」というような本を読んでも、理解は深まらないというのが私の経験です。

そして、私のように、最初にかなり沢山の本を読むのはおすすめしません。 それよりも、少し手を動かして電子部品や回路に慣れてから、WEBで知識を高めながら、目的の内容を書いた専門書籍を購入するのがいいと思います。

電子の専門家を目指すならば、もちろん勉強しないといけませんが、趣味で電子工作を楽しむなら、手を動かして楽しむことを優先するのがいいでしょう。


必要な理論や知識は?

特別な勉強をしなくても電子工作は楽しめます。 私の記事でも、オームの法則を使ったは、次のような抵抗値、電流、電圧の計算程度です。

検討したい回路の例

さらに、これについても、計算せずに、適当なものを取り付けて、電流や電圧値を測って確認するというような手抜きをしても、意外にうまくいきます。 だから、理論、公式、法則などを完璧に理解することも必要性も薄いのですが、オームの法則などの基本的な法則や考え方を知っておれば、確実にその適正な値が素早く求められます。 

繰り返し計算などで手計算が大変であれば、表計算ソフト(Excelなどで)を使ってシンプルに計算もできますし、慣れてくるときっと計算も苦でなくなってきますので、計算が苦手だと気にすることもありません。

そして、何回も言っていますが、これらのここに示した回路例は、私が考えたものではなく、先人が基本的なものをいろいろ試して残してくれている「貴重な財産」です。それを使ってアレンジしているだけです。 

書籍などでは、それの部品名は書いてあっても、抵抗値や仕様が入っていないものも多いのですが、これは、回路に組んだときに影響する要素(高周波、静電容量、誘導などの影響)が多いために、原理や基本的な考え方だけが書かれているのかもしれません。

逆に言えば、きっちりとした数字が入っていても、それを組み上げると動作しない場合も出てくるかもしれないというものです。 これらはどうしようもありません。

ただ、少なくとも言えることは、このページに書いた内容は私が行った事実で、動いたものは動いていますし、発振するかしないか・・・などの結果は、書いてあるとおりです。すこしは信憑性が高いでしょう。

だから、自分自身でやってみて、記事通りに動かなくても仕方がないことで、その原因を突き詰めようとすると非常に難しいことも出てくるのですが、もしも動かなかっても、何もやらないよりは絶対にマシです。

簡単な回路図を読めるようになりましょう

簡単なLED点灯回路

この図も、JISに従った標準的なものではありませんが、とりあえず、ここに書かれた電気の流れや状態がイメージできれば、このHPの回路図は理解できるでしょう。

電気は赤い矢印の方向に流れます。

右の図で、5Vの乾電池のような「電源」に「抵抗器」と「LED」が「直列」つながれており、LEDが点灯しているという内容の回路です。

部品が直列につながれているので、抵抗器とLEDに流れる「電流」の大きさは同じはずです。 抵抗器とLEDのそれぞれで電圧降下が起きています。 電流が流れると熱や光や振動などが発生しているかもしれません。 長時間に電気を流していると、LEDや抵抗に変化があるかもしれません。 ・・・。

こういうことを「ぼんやりと」イメージできれば非常にGOODでしょう。

さて、この回路では、LEDに流れる電流が10mAであれば、少しLEDが暗いかもしれません。

これを明るくなるようにするにはどうしたらいいのでしょうか? ・・・ その答え(対策)も、イメージできてくるでしょう。

①電源の電圧を上げる  ②固定抵抗値を下げる  ③明るいLEDに変える・・・などが頭に浮かべば、言うことなしですね。

こういうことが「回路図を読む」ことに含まれますが、これらについては、簡単ではありませんね。


2)実際に配線できる

「ビリビリ」する回路やショートしても爆発する回路は扱いません。 ともかく、安心して回路図に沿って配線していってください。

記事の内容のほとんどは、ブレッドボードに組んで、動作確認が終わればばらしてしまいます。

LEDが切れてしまってもいいので、色々と試してみましょう。そんな失敗も、経験ですので、恐れずに、どんどんいろんなことをやってみましょう。

実際にLEDをつけてみた

この穴の空いたボードに部品等をさしますが、、取り付ける「モノ=部品」がないと何もできませんので、はじめにある程度の部品類を購入しておくことをおすすめします。

以下に、約半年間で書いた記事中で取り上げた部品類をピックアップしてみました。数量は余分を含めていますし、価格は適当に書いています。

かなりの点数になりますが、部品代がそんなに高くないと思いませんか?

購入部品一覧

最低限、これだけでかなり遊べるはずです。 早い時点で、ある程度の部品を購入することをおすすめします。 

私は、ボリューム抵抗、コンデンサなどは、アマゾンで安いセット品を購入していますので、単価はもっともっと安いかもしれません。

少し腰を落ち着けて取り組みたい方は、①バイポーラトランジスタ各種 ②1/8W抵抗器各種 ③セラミックコンデンサ各種 などのいろいろな部品セットを購入しておくと、気軽に使えます。無駄なようですが結構使えますのでチェックしてみてください。

→アマゾンの抵抗器セットを見てみる 

部品類は、こちらで紹介しているようなWEBの通販ショップが購入しやすいでしょう。

私はWEBで購入する部品は秋月電子さんでの購入が多いのですが、大阪の日本橋(電気街)にマルツさん、共立(デジット)さん、千石さんナノの店舗がありますので、そちらでも購入します。 購入については、こちらのページでも取り上げています。

普段からこれらのお店のWEBサイトを見ているのも楽しいですし、勉強にもなります。

Amazon・楽天などの大きなショップは、製品類やセット販売が主なので、かえって買いにくいのですが、これらも、WEBで見ていると面白いので、時間があれば、見るだけでも楽しいでしょう。

→AmazonでLEDを見る 

常用する電源を用意しましょう

電子工作では、電圧が5-12V程度で1A程度までの「直流電源」がよく使われます。 (オペアンプでは±15Vが必要なものもありますが、これは、オペアンプが出てきたときに説明します)

一番かんたんな電源としては、「乾電池」があります。 単3電池などを電池ケースに入れて使うと簡単で便利です。

ただ、4個を直列にするときっちり「6V」・・・ではないのが、少し問題ですが、実験するだけであれば、これで十分です。

単3用乾電池ケース 電池ケース

新品の乾電池の電圧をテスターで測ってみると、ほとんどのものが1.6V以上ありますので、4つを直列にすると、1.6x4≒6.4Vになっています。

さらに悪いことに、使っていくうちに電圧がどんどん低下していきます。 それが問題でなければ便利な電源です。 

ここでは、よく使う安定した電圧の電源を作ってしまいましょう。

5V電源を自作してしましょう

5Vというのは、USBなどでよく使われています。 ここでは、家庭で余っているスマホ充電アダプターを改造して、5Vの電源を自作するのが便利です。

下のような「スマホ充電器」は、リチュームイオン電池の充電に使うものですので、ほとんどのものが「定電圧電源」になっており、電圧は非常に安定しています。

これなら、みなさんも家庭にいくつかが使われないまま転がっていると思います。

この製品の銘板には、「5V 1A」と表示されています。

1Aもあれば、ここで使う電気容量的としても充分ですが、もしも容量の大きいものがあれば、それに越したことはありません。

スマホ充電器を改造したブレッドボード用電源加工後の定電圧電源

この写真のように、余っていたスマホ充電器のコードの先にブレッドボード用のピンを取り付けました。ワニ口クリップでもいいでしょう。 ハンダゴテを使って加工してみましょう。

スマホに差し込む側についている、ミニUSBプラグの根本を切断して、そのコードの皮をはぐと、シールドの網の中に4本の細い線が入っています。 

この製品の場合の線の色は「赤・黒・緑・シロ」でしたが、テスターで4本の電圧を測ると、そのうちの「赤と黒」の2本に5Vの電圧が出ています。 ここでは、他の2本(緑・シロ)は使いません。

この赤の線がプラス側でしたが、テスターを使うと、どちらがプラスかがわかりますね。

この赤と黒の線に、ブレッドボード用のピンをはんだ付けして、絶縁テープで固定しました。

テスターでその電圧を測ると、4.94Vになっています。電圧は、安定しています。

USB用のシールド線 中には4本の線があり、5V電源は2本から

テスターで測定する

テスターは絶対に必要です。 必ず早めに購入しておきましょう

私は、この2つのテスターを使っています。 電流と電圧を同時に測りたい場合がしばしばあるので、テスターは安いものでいいので、「2つ持ち」が便利です。

私が使用している、安価なデジタルテスター テスターの例

普段私は、右をメインに使っており、これは日本の会社の製品ですが「中国製造」で、4000円までの価格でしたが、今では中国製で、もっと安くて高機能なものがたくさん販売されており、この価格帯のものでも必要充分な測定ができます。(多分できている・・・とおもっています) 

そして何と、左のテスターはMade in Chinaですが、これだけの機能があるのに400円程度です。

使った感じの違いは、左の「安い方」は、1分程度の「慣らし時間」が必要なことや、最終桁になると、両方で「1」の違いがあることもありますが、これも、どちらが正しいのかもわかりませんので、気にするようなものでもありません。電流計や電圧計を個別に購入するよりも安くて便利です。

テスターをもちいて、いろいろな電流、電圧、抵抗を測ってみましょう。

詳しい使い方は説明しませんが、①電流は回路に直列にする ②抵抗は回路から部品を取り出して測定する ③コンデンサ(特に電解コンデンサ)は、蓄電された電気を放電してから測定する ・・・ などですが、使い方を説明しようとすると、1冊の本になるぐらいの内容があるほどに、すごいことができるのですが、テスターの説明書には、いろいろな使い方が示されています。

このHPでは、扱う電流や電圧は小さいので、デジタルテスターであれば、間違った測り方をしてテスターを壊すことも少ないので、数多く測定して慣れることが大事です。

LED回路の実際の計測例

黒字が「呼び値」、赤字が測定値です。 「A」「V」が手ステーで測った値ですが、例えばこのように測定すると、自分自身で納得できますし、同時に安心できます。

この数字は、何か変だと思いませんか? 

①各部品の電圧降下の和が電源電圧になっていない  ②直列では各部に流れる電流値が等しいはずだが違いがある  ③オームの法則に合っていない ・・・ などが気になるのですが、実は、測定値では、こういうことがたえず発生します。

しかし、その原因を突き詰めることは難しいことです。 

抵抗の直並列、オームの法則、キルヒホッフの法則・・・などを知って精密測定をするなどで解決する場合もあるのですが、「測定をする」こと自体に、「誤差の問題」「測定自体の問題」「環境の問題」「避けられない問題」などがいつもつきまとっていて、それを検証して突き詰めていくのは、通常(設備や環境の面)では非常に難しいのです。

だから(変な言い方ですが) 測定器で測定した値は、「基本的に正しい」と考えるようにします。

そのために、上のような誤差が気になれば、辻褄が合うように最後の桁の値を変えても問題はないということにしています。 

測ったテスターの精度(誤差)や、テスターをつなぐことによる導線の損失などの影響、あるいは、温度の問題や装置が安定するまでの時間・・・などの様々なものがこの結果に影響しているのでいうことになるのですが、ある程度の「誤差」は「常にあるもの」・・・として測定していくことになるのは仕方がないことです。

ここでは、抵抗、電流、電圧が、適当なレンジを使って測定できるというようになっておいてください。

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(来歴)R1.12記事作成  R2.4 見直し R2.8ページを2コラムに R2.9見直し

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最小限必要なことのおさらい(1-1)

最小限必要なことのおさらい(1-2)

最小限 必要な準備をしましょう

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