第7回 LED・抵抗・電池

今回は、LED、抵抗について詳しく説明します。

今後の説明の流れ

これから先、入門編の記事は以下の流れで説明していきます。

1. LEDを電池と抵抗のみで光らせる回路を組み立てる
   PICマイコンの回路を組み立てる前に、まずはブレッドボードに慣れておくことにします。電池、抵抗、LEDのみを使って、ブレッドポード上に回路を組み立ててLEDを光らせてみます。ここでは電池、抵抗、発光ダイオードの回路記号と回路図の説明をして、回路図からブレッドボードに組む方法を説明します。まずはブレッドボードに慣れましょう!
2. PICマイコンのベース回路を組む
   はじめの一歩の回路は、LEDを1秒に1回光らせるだけの回路です。この回路をブレッドボードに組み立てます。
3. プログラムを作る
   LEDを1秒に1回光らせるプログラムを作成します。
4. PICマイコンに書き込んで動作させる
   作成したプログラムをPICマイコンに書き込んで動作させてみます。
5. ベース回路にスイッチを追加
   LEDの点滅をスイッチで開始させるために、ベース回路にスイッチを追加します。これまではLEDを光らせる、という出力制御をしましたが、今度はPICマイコンで外部からスイッチの信号を入力する方法を確認します。
6. ベース回路にブザーを追加
   スタートスイッチ付きの、1秒に1回光らせる回路を作りましたので、ブザーを追加してタイマーとして完成させます。

今回の説明は、最初の「LEDを電池と抵抗のみで光らせる回路を組み立てる」の前半部分になります。それでは始めましょう!

LEDとは

LEDと呼ばれている部品について説明します。

LEDは2本のリード線が出ている部品で、この両方のリード線に電圧をかけると(電池をつなぐと)光る電子部品です。ただ、電池を直接つなぐことはできませんので、まだつながないでくださいね。

なお、LEDは電池などの電源に接続するとき、向きがあります。逆向きに接続するとLEDは光りませんので、接続する向きは重要です。そのため、部品をみてすぐにどちらかわかるようになっています。

すでにお気づきかもしれませんが、片方のリード線がもう片方より長くなっていますよね。この長い方にプラス側、短い方をマイナス側につなぐと電流が流れて光ります。

プラスに接続する長い方のリード線を「アノード」、マイナスに接続する短い方のリード線を「カソード」と呼びます。回路記号では「アノード」の代わりに「A」、「カソード」の代わりに「K」と記載されることもあります。

これらの用語はLED関連の部品ではよく出てくるので是非覚えておくとよいと思います。といってもすぐにごちゃごちゃになっちゃうんですよね。

ということで覚え方ですが、自分は五十音の「あかさたなはまやらは…」で先に出てくるようが強い、プラス、ってことで「あ」から始まる「アノード」が強い=プラスって覚えました。もっといい覚え方ありそうですが…

実際のLEDと回路記号を対比させると、以下のようになります。

なお、LEDの回路記号は他にもいろいろな表現があるのですが、三角形と棒、ピカッってする感じの記号があればLEDだと思って大丈夫です。なお、回路記号では、その形状からアノード、カソードは明確ですので、通常は回路図上では「A」「K」などの情報は表記されません。

LEDを光らせるには

先ほど、LEDは直接電池にはつなげない、と説明しました。誤りのない程度にその理由を説明すると、LEDに以下のように電池を直接つなぐと、電流がたくさん流れてしまい、壊れてしまうことがあるためです。

LEDを光らせる場合、流れる電流を制限する電子部品を接続する必要があります。電流を制限する電子部品として、抵抗や定電流ダイオードというものが使われます。

ここでは安価な抵抗を使うことにします。(「定電流ダイオード」はこの入門コースでは出てきませんので忘れても大丈夫です)

抵抗

次に抵抗について説明します。抵抗はかなりいろいろな種類があるのですが、ここではごく一般的に使われているものを使用します。

抵抗は以下のように電線(「リード線」と呼びます)が2本でていて、何色か色のバンドが印刷されています。抵抗の種類によってこの色のバンドの数は異なりますが、ここではバンドの数が4本のものを使用します。

抵抗は、LEDのように接続するときの向きはありません。どちら向きにつないでも大丈夫です。また、抵抗の値の単位はΩ(オーム)、というものが用いられ、数が大きいほど電流が流れにくくなります。

先ほどの色のバンド、ただ抵抗をカラフルにしているのではないんです。この色のバンドで抵抗の値を表現しています。この色の読み方は後で説明します。

ところで、今回使用する抵抗は、10kΩ(10キロオーム=10,000オーム)と330Ωです。この2種類では、10kΩの方が330Ωより数値が大きいので「10kΩの抵抗の方が330Ωの抵抗よりも電流が流れにくい」ということになります。

LEDを光らせる時の電流を制限するのは、330オームの抵抗を使用します。

なお抵抗の値ですが、本当はこんな風に

文字で印刷してあればいいのですよね。でも実際の抵抗を手にとるとわかると思いますが、かなり小さいです。この小さい面積に文字を印刷するのも読むのも大変なので、色のバンドを印刷して抵抗の値を表現するようになったのかな、って思ってます。ただ、この後の記事で登場するコンデンサは、極小文字で値が印刷してあるんですよね。アレ、何とかしてほしいです。

抵抗の値の読み方

抵抗の値の読み方をまとめておきます。

ここで使う抵抗は、抵抗値を表す3本のバンドと、精度を表す1本のバンドの合計4本のバンドから構成されています。精度を表すバンドは、LEDの電流制御などの用途で使用するものは、一般的には金色です。金色はプラスマイナス5%の精度となります。

他にも銀色、茶色、赤色があり、銀色はプラスマイナス10%の精度、茶色がプラスマイナス1%、赤色がプラスマイナス2%です。また、精度を表すバンドがない場合はプラスマイナス20%となりますが、自分は今まで見たことがないです。(そもそも20%誤差ってアリなんでしょうか…)

精度を表すバンドを特定できたら(金色を確認したら)、金色を右側にして抵抗をおきます。その状態で、色を読んでいきます。

この例では、

だいだい、だいだい、茶、となります。

この色は数字に対応しています。色と数字の対応は以下になります。また、この色と数字の対応は覚えておいた方がよいので、覚え方も参考に記載しておきます。

この覚え方はいろいろな種類があるので、ネットで、「抵抗　カラーコード　覚え方」などで検索してみてください。いろいろと面白い覚え方がありますよ。やはりこれだけ覚え方がある、ということは素ではなかなか覚えられないんだと思います。自分は、この覚え方すら、なかなか覚えられませんでした。

おそらく、抵抗を読める人の95%ぐらいが、頭の中で、

「第三の男で3、ホワイトクリスマスで9、小林一茶で1、っと」

なんてつぶやいているのだと思います。自分もそのうちのひとりです。

それで、先ほどの色を数字にすると、

こんな風になります。

ここまでできたら、あとは抵抗の値にします。

やり方は、1番目の数字と2番目の数字をならべて、2桁の数字をつくります。その後に3番目の数字の個数分ゼロを並べます。先ほどの例では以下のようになります。

330、となりましたので、この抵抗は330オーム、ということになります。なお、3番目の数字がゼロ(色が黒)の場合はゼロはつけません。(ゼロがゼロ個、と言う意味になりますので)

今回の製作では、10kオームの抵抗も使います。この抵抗の色のバンド(カラーコード)はどうなるか上の例の逆を考えてみます。

まず、1k = 1000 ですので、10kオームは、10000になります。

はじめの2つの数字が1番目と2番目の色のバンド、3番目の数字はその後に続くゼロの個数になりますので、

このように色のバンドは、数字では 103 となります。

あとは、この 103 を色に置き換えればOKです。

抵抗の電子回路記号

抵抗の電子回路記号は以下のどちらかになります。上は旧JIS記号、下が新JIS記号です。最近では下の方が使われるようになってきましたが、なんか、上の方が「抵抗」って感じがするので、上の方もよく使われます。今のところどちらを使ってもよいみたいですが、例えば企業がEU圏(ヨーロッパ共同体)に輸出するときに回路図をつけるときは、下の方の記号表記が必要のようです。

電池

電池はあまり説明するまでもないと思いますが、先のエントリでも説明した、以下の注意点があるぐらいです。

• 使い捨ての電池と充電式電池がある
• 使い捨ての電池は1次電池と呼ばれ、電圧は1.5V
• 充電式電池は2次電池と呼ばれ、電圧は1.25V

電池の電子回路記号は以下になります。

個人的には、プラスとマイナスが逆な気がするんですが、このようなものなんでしょうか。あと、電池を複数つなげるときは電池記号を連結します。

これで、ブレッドボード、LED、抵抗、電池の説明が終わりましたので、次回は実際にブレッドボードに回路を組み立てて、LEDを光らせてみます。

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