第7回 LED・抵抗・電池

今回は、発光ダイオード(LED)、抵抗、電池について説明します。

本シリーズ記事の内容を改訂して、基礎編、応用編、実践編として以下のリンクに公開しています。以下のシリーズはさらにいろいろなPICマイコンの機能をご紹介しています！
PICマイコン電子工作入門　〜基礎編〜
PICマイコン電子工作入門　〜応用編〜
PICマイコン電子工作入門　〜実践編〜

今回の説明

回路を完成させるために以下の順序で説明しています。この記事の説明は(1)「発光ダイオード(LED)を電池と抵抗のみで光らせる回路を組む」の部分です。

発光ダイオード(LED)を電池と抵抗のみで光らせる回路を組む
PICマイコンの回路を組む前に、まずは電池、抵抗、発光ダイオードのみを使って、ブレッドポード上に回路を組んで発光ダイオードを光らせてみます。ここでは電池、抵抗、発光ダイオードの回路記号、回路図と、回路図からブレッドボードに組む方法を説明します。
PICマイコンのベース回路を組む
はじめの一歩の回路は、発光ダイオードを1秒に1回光らせるだけの回路です。この回路を組みます。
プログラムを作る
発光ダイオードを1秒に1回光らせるプログラムを作成します。
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。
ベース回路にスイッチを追加
発光ダイオード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。これまでは発光ダイオードを光らせる、という出力制御をしましたが、PICマイコンで外部から信号を入力する方法ほ確認します。
ベース回路にブザーを追加
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を作ってみます。

発光ダイオード(LED)とは

発光ダイオードまたはLEDと呼ばれている部品について説明します。

発光ダイオードは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、発光ダイオードは接続するとき、向きがあります。接続する向きは重要なので、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。また回路記号では、その形状からどちら側がアノード、カソードかわかるようになっていますので、回路図上では記載されないことが多いです。これらの用語は是非覚えておくとよいと思います。

実際の発光ダイオードと回路記号を対比させると、以下のようになります。

なお、発光ダイオード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発光ダイオードだと思って大丈夫です。

発光ダイオードを光らせるには

先ほど、発光ダイオード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、発光ダイオード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、発光ダイオードが壊れてしまうことがあるためです。

発光ダイオードを光らせる場合、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」はこの入門編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リード線が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、発光ダイオードのように電圧をかける向きはありません。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、10kオーム(10キロオーム=10,000オーム)と330オームです。この2種類では、10kオームの方が330オームより数値が大きいので電流が流れにくい、ということになります。発光ダイオード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。なぜこの数字の抵抗を用いるかは、電子回路入門シリーズ(2015年9月現在まだありません…)で説明しようと思います。

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、この後の回ででてくるコンデンサは、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本のバンドから構成されています。精度を表すバンドは、発光ダイオード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、あまり見かけないですね。(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。

色	数字	覚え方
■　黒	0	黒い礼服 → 黒い礼(0)服
■　茶	1	小林一茶 → 小林一(1)茶
■　赤	2	赤いニンジン → 赤いニ(2)ンジン
■　だいだい	3	第三の男 → 第(だいだい)三(3)の男
■　黄	4	四季 → 四(4)季(黄)
■　緑	5	五月みどり → 五(5)月みどり
■　青	6	青虫 → 青ム(6)シ
■　紫	7	紫式部 → 紫式(シチ=7)部
■　灰	8	ハイヤー → ハイ(灰)ヤー(8)
□　白	9	ホワイトクリスマス → ホワイト(白)ク(9)リスマス

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(ヨーロッパ共同体)圏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みたいです。