電子工作入門~第三回各素子紹介編~

こんばんは、Operaです。

今回は電子工作初期知識集の第3回で、予定を変えて電子部品について解説をします。というか第一回で言った予定全部スルーで。今回取り上げるのは、抵抗・コイル・コンデンサ・ダイオード・トランジスタです。それぞれについて種類や仕事、単位などを解説します。まず、予備知識として数字の大きさを表す接頭辞について。

T,G,M,k,m,μ,n,pなどの記号を”接頭辞”と言います。
cmのc,kmのkなんかがそれですね。大きかったり小さかったりする数を見やすく表すためにあるものです。大きすぎる数字や小さすぎる数字はこれらの接頭辞を使って0.000や000の並びを省略します。
例として、150000mと書かれると見づらいですが、150kmと書かれると見やすいですよね。そういうことです。
同じように、0.0001Fと書かれるより100μFと書かれたほうが見やすいわけで。
100μFの場合、μが接頭辞、Fが単位です。接頭辞と単位はまた別のものなんですね。大きさを表すのが接頭辞です。
電子工作では、主にM(メガ),k(キロ),m(ミリ),μ(マイクロ),n(ナノ),p(ピコ)といった接頭辞が使われます。換算方法としては、
M→1000000をかける
k→1000をかける
m→1000で割る
μ→1000000(100万)で割る
n→1000000000(10億)で割る
p→1000000000000(1000億)で割る
って感じです。μについては、uと書いたりもします。
難しい書き方(失笑)で書くと
M:10^6 k:10^3 m:10^-3 μ:10^-6 n:10^-9 p:10^-12
です。この記号なんだとか思う人は中学3年(うろ覚え)の数学の教科書とにらめっこすりゃ分かるんじゃないですかね。

では部品について解説しましょう。

・抵抗

registor.jpg

電流の流れを制限したり電圧を下げたりする部品です。電子工作でもっとも使う部品と言っても過言ではないでしょう。回路図ではギザギザみたいなので書かれていますね。使用例として、LEDの点灯、フィルター、ICの設定などがあります。また、抵抗に電流を流すと発熱するので電熱線としても使われます。
抵抗器の性能を示すステータスは主に二つあります。

抵抗値R(単位:Ω オーム):電流の流しにくさを示した値。この値が大きいほど電流を流しにくい。
発熱W(単位:W ワット):その抵抗が耐えられる発熱を示した値。この値を超えた発熱が発生すると抵抗が破損し最悪燃える。

一般的に、売られている抵抗には1kΩ 1/4Wといった感じに書かれています。この場合は1kΩの抵抗をもっていて1/4Wの発熱まで耐えられるということになります。
流れる電流は電圧÷抵抗で求めることができます。式を変形すればかかる電圧と流したい電流から必要な抵抗を選ぶこともできますね。
発熱は抵抗値×電流×電流で求めることができます。発熱が多い場合はそれに見合った抵抗を選びましょう。

また、抵抗には抵抗値を自在に変えることのできる可変抵抗というものが存在します。それらは3つの端子があり、二つの端子の間にある抵抗の上を一つの端子が滑っているのをイメージするといいでしょう。電流を可変したい場合やオーディオのつまみなどに使われます。回路図だと書き方が2つあり、矢印が突き抜けてる方は単純に抵抗値の変わる抵抗として、もう一つの方は電圧の取得とかまあ端子をちゃんと3つ使うときなんかに書かれているように思います。

・コンデンサ

capacitor.jpg

コンデンサは電気を貯めることができる部品です。電圧の変化を邪魔する働きもあります。回路図だと平行板のような記号です。電子工作だとノイズの除去なんかに使われる例が多いですね。性質として、交流を流しやすく直流を流しにくい性質があります。
コンデンサの性能を示すステータスは主に二つあります。

静電容量C(単位:F ファラッド):コンデンサの容量を示した値。この値が大きいほど多くの電荷を貯めることができる。
耐電圧V(単位:V ボルト):コンデンサが耐えられる電圧を示した値。この値を超えると破損する。

一般的に売られているコンデンサには100μF 50Vなどといった感じに書かれています。容量は大抵μ,p単位になります。また、コンデンサには電解コンデンサなど極性のあるものもあります。それらは回路図上で極性付きで書かれています。実際の素子だと+側の足が長かったり、-側に灰色の帯が入っていたりします。
コンデンサに関連する数式はたくさんあるのですが電子工作で使うのはそう多くはないので気になる方はご自分で調べてみてくださいな。

・コイル

coil.jpg

コイルは電気を磁気に変換することができる部品です。また、電気を磁気として貯めることができます。また電流の変化を邪魔する働きもあります。回路図だと巻線のような感じの記号になってます。電気エネルギーを一旦磁気エネルギーに変換し、再度電気エネルギーにすることで電圧を変えるなどの動作ができます。

コイルについてはまず5V系で遊んでるうちに使うことないと思うので解説しないです。

・ダイオード

diode.jpg

ダイオードは一定方向にのみ電流を流す半導体素子です。回路図だと矢印のような形になっています。この三角形の向きにのみ電流を流す作用があります。交流電流の整流とか利用方法は様々ですね。発光ダイオード(LED)もこの一種です。

各端子には名前がついています。回路図で見ると、
上の端子:アノード
下の端子:カソード
です。電流はアノードからカソードに流れるってわけですね。以下、アノードからカソードに流れる電流を順方向といいます。実際の素子の場合、カソード側に帯が入っていたりします。LEDの場合はアノード側の足が長いです。

ダイオードの性能を示すステータスはアホみたいに多いのでここでは超重要な一部のみ解説します。

逆耐電圧V:ダイオードに逆向きに電圧をかけた時の耐えられる電圧。この電圧を超えると逆向きでもダイオードに電流が流れるようになる。
順方向電流I(単位:A アンペア):順方向でダイオードに流すことのできる電流。この電流を超えると壊れる。
順方向電圧降下V:順方向でダイオードに電流を流した時に生じる電圧降下の値。LEDの点灯の際など要チェック。

一般的に売られているダイオードには100V 200mAなどといった感じに書かれています。順方向電圧降下は0.7Vぐらいが目安ですが、LEDだと1.5-3Vとかあります。

・トランジスタ

transistor.jpg

トランジスタは電流の流れを操作することのできる半導体素子です。回路図だと足が三本の部品になっていますね。正直なんでこの形になったのはかよくわかりません...電気的なスイッチとして使ったり、信号の増幅に使ったりします。また、NPNとPNPの二種類のトランジスタがあります。矢印の向きが逆ですね。

各端子には名前がついています。回路図を見ると、
上の端子:コレクタ
下の端子:エミッタ
左の端子:ベース
です。ベースとエミッタに電流を流すとコレクタとエミッタへ電流が流れます。二つの素子の違いは電流の流す方向にあります。ベースからエミッタに電流を流してコレクタからエミッタに電流を流すのがNPN、エミッタからベースに電流を流してエミッタからコレクタに電流を流すのがPNPです。基本的にはNPNを使うのでPNPを使うことはあまりないでしょう。

トランジスタの性能を示すステータスはアホみたいに多いのでここでは超重要な一部のみ解説します(二回目)。というか、半導体が色々複雑でステータス多いんですけどね。

耐電圧V:コレクタ-エミッタ間にかけることのできる電圧。これを超えると壊れる。
コレクタ電流I:コレクタに流すことのできる電流。この電流を超えると壊れる。
電流増幅率hFE:コレクタ電流とベース電流の比。増幅率と言い換えることもできる。

トランジスタを信号の増幅に使う場合、hFEの値は重要になります。ベース電流×hFEだけコレクタに流れますからね。高いほどベースに流す電流が小さくても大きな電流を流すことができるようになります。

まあこんなんですかね。稚拙な文章で申し訳ないです。ではまた今度。次はLEDの点灯とブレボの使い方でもやりますかね。
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電子工作入門~第二回はんだづけ編~

こんにちは、Operaです。

前回電子工作入門~第一回準備編~の続きとして、次はハンダ付けの方法を解説していきます。

なんと今回は超豪華全編動画です。はい拍手!!
この記事、部活の一年生への教育用でもあるのでちょっと頑張っちゃいました。
ではどうぞなんて思ったけどやめました。

動画作るのめっちゃめんどくさいじゃん

作ってる途中に飽きたというか動画がうまく撮れてないというか必要とされてないというかなことがわかったので諦めました。主な原因は編集中にエラー吐いてデータ全部吹っ飛んで嫌になったこと。

まあアレ、はんだづけとか適当にやりゃいいのよ。動画抜きで解説します。

サルでもわかるハンダ付けのやり方

・用意する工具

はんだごて、はんだ、耐熱スポンジ、ニッパー

(1),基板に部品を取り付ける

基板の穴に部品の足を入れて、基板の裏から足を少し折って抜けないように仮止めします。ICソケットなどの場合は対角の足だけ折れば大丈夫です。

(2),はんだづけをする

はんだづけ作業は3ステップに分けることができます。

(a),こてをあてて基板と部品を温める
(b),はんだを流し込む
(c),形を整えこてを離す

簡単ですね。それぞれの作業は心のなかで時間を測りながらやるといいです。よく言われるのは(a)で4秒、(b)で2秒、(c)で1秒で計7秒かけるといいとか。あくまで目安なんで慣れれば自分のペースでどうぞ。

(3),無駄な足を切る

無駄に伸びた足を切ってしまいます。いちいちはんだづけしては切るのは面倒なので、作業をしてて邪魔に感じたタイミングで一気に切っちゃえばいいと思います。残す長さははんだの山+1,2mmですかね。

~成功例~

こんな感じに富士山型にできたらいいですね。

PK7_4010.jpg


~失敗例~

PK7_4001.jpg

(2-a)の段階で温めが少ないとうまくはんだがのらなくてこのような状態になってしまいます。しっかりと基板と部品を温めてから作業しましょう。

PK7_4008.jpg

(2-b)の段階でハンダの量が少ないです。もっとはんだを盛りましょう。

PK7_4005.jpg

(2-b)の段階でハンダの量が多いです。イモハンダと言われます。

まあこんな感じです。ハンダの量が多すぎて他のはんだづけ部分とくっついてしまう”ブリッジ”と言われるミスもありますね。ただこれは基板の配線で意図的に作ることも多く、例として画像中でブリッジしてる部分がありますがこれは部品間の接続のためのブリッジです。

これにて茶番解説終了です。なんとなく必要とされている知識がわかってきたので次回からはちゃんとやりますたぶん。ではまた今度。

電子工作入門~第一回準備編~

こんにちは、Operaです。
電子工作始めたいと言ってる友人とか後輩育成向けに入門記事を書こうかと思います。適当なコーナーなので知ってる人はバカが知ったかぶりして玄人ぶってるとでも思ってくだされ。

ええ、第一回の今回は電子工作をするのに何が必要か、気になる初期費用などを解説しようかと思います。
まず、電子工作には工具や道具などが必要となりますね。必要な必須品を並べてみましょう。紹介するのは入門に最適なグレードのお安いものです。ですが、その前に、これは秋葉の場合になりますが売っているお店を紹介します。

秋月電子
秋葉で部品を買うならだいたいここが一番安いです。品揃えも多く、大抵の電子部品はここで揃うかと思いますが、店が狭いゆえに人で溢れてるのが玉に瑕ですね。

千石電商
こちらは値段こそ秋月より高いものの秋月では手に入らないものも売っています。工具やコネクタ、導線などはこちらですね。本店2号店3号店とあります。それぞれ売っているものの種類が違います。大抵の場合は本店だけで間に合うでしょう。

大抵の部品はこの2つの店で揃うかと思います。同じ通りに1つ店を挟んで並んでいるので片方見つければもう片方もすぐ見つかるでしょう。通販もしているので直接行けない人でも大丈夫です。どちらの店も最初はどこに何があるかわからないと思うので、分からなかったら店員さんに聞いてみるといいでしょう。他の店を紹介するのは面倒なのであとは適当に自分で調べたり現地に行って探してみたりしてください。また、部品を買う際には数が多く細々していて忘れてしまうので、お買い物リストを作ってくるといいでしょう。買う店、部品名、1個の値段、個数、計を並べて印刷しておくとお買い物が楽ですね。スマホにデータを入れるのは案外不便なのでおすすめしません。
では、本題の必須品紹介です。

・はんだごて
電子工作の必須技術、ハンダ付けはコレがないと始まりませんね。まずは1000円以内で買える安いものを選ぶといいと思います。ものによって電力(発熱)が違いますが、まずは30Wのものを買っておくといいでしょう。自分の知っている限りだと1000円以内で買える30Wはんだごてで有名ドコロはgootのKS-30RHAKKO RED 501ですね。個人的には後者のほうがコテ先の質がいいのでお勧めです。どちらも秋葉原で適当に店を歩いていれば見つかると思います。

・こて台
はんだごてはその熱ではんだと呼ばれる金属を溶かして部品を接着します。そのため、先っぽが熱くなるわけで置き場所が必要になります。それがこて台です。こて台は大抵一緒にスポンジがついています。はんだづけをしているとはんだごてのこて先にはんだがくっついたりしてしまうので、それを落とすためにスポンジにこすりつけます。おすすめのこて台はgootのST-75,ST-11です。どちらも1000円以内で購入できます。秋月で買うのが安いかと思います。

・はんだ吸い取り器
はんだづけで失敗して部品を外したい場合、はんだを吸い取る必要がありますが、その際にはんだ吸い取り器を使うと便利です。はんだ吸い取り線というものもありますがあれは使いづらいので断然こっちですね。500円程度で売っています。特におすすめのものなどはないので適当によさそうなやつを買うといいでしょう。

・クリッパー
これは必須でありませんが、とっっっても便利なのでおすすめします。文面で説明するのは面倒なので写真をどうぞ。こんなんです。千石の本店入ったとこすぐに並べてありますね。一番安いものなら800円程度で買えます。他にも細かい作業用のレンズ付きや手が多いモデルもあるので用途と好みとお財布の中身に合わせて買うといいでしょう。

・テスター
小学校の理科の実験で電圧計や電流計を使ったと思いますが、テスターなら電圧計に電流計、さらには抵抗計が全部1つに入っています。電気というのは眼に見えないものなので、これが回路に対する自分の眼になります。デジタルとアナログがありますが、アナログのほうがおすすめです。デジタルだと400円、アナログだと1000円ちょっとしますがそれだけのお金を払う価値があります。秋月や千石、他にも秋葉の各店で売っているので気に入ったものを買うといいでしょう。テスターの使い方は後ほど記事にまとめます。

・ブレッドボード
回路というのは基本的に基板にはんだづけして作りますが、いきなり基板にはんだづけして作ってしまってはもしも回路設計にミスがあった場合の修復が難しくなります。そこで、ブレッドボードと呼ばれるものを使います。こちらは抜き差しできる基板だと思ってもらって結構です。穴が開いていて、縦や横に穴が導通しているのでそれによりブレッドボード上に回路を組むことが出来ます。まずは700円のこちらのサイズを買っておけば大丈夫でしょう。また、これだけでは部品間の接続がやりづらいのでこちらのようなジャンパ線を買っておくといいでしょう。詳しい使い方はまた後ほど記事にまとめます。

・ニッパー
部品の足や導線などを切る際に使いますね。100円ショップで買ってもいいですが、切れ味が悪く使いづらいのでせめて500円ぐらい出すといいかと思います。秋葉の色んなとこで売ってるので適当に持ちやすそうなのを買うといいでしょう。

・ラジオペンチ
足を曲げたり部品をつかんだりといった用途に使いますね。こっちは100円ショップで買っても問題ないかと思います。

・ドライバー
部品や基板の固定などに使いますね。100円ショップのもので十分でしょう。

既におうちに基本的な工作環境があるならば下の3つだけすでにおうちにあるかと思います。自分はこれらに加えて安定化電源やオシロスコープや電動ドリルドライバーなどがお家にありますがそれらは慣れてから買えば大丈夫です。

重要なこと書き忘れていたので追記。
また、消耗品としてはんだやスズメッキ線がないと何もできないです。

・はんだ
はんだは基板に部品を固定したり、まあ他にも色々部品や基板の接合に使います。はんだは線になっていて、一番重要になってくる指標は”太さ”です。細いはんだ太いはんだとありますが、サイズの合わないはんだは使いづらいったらありゃしないです。とりあえず、最初は太さ1mm辺りのを買うのをおすすめします。また、はんだの販売形態も色々あります。こんな感じに→千石電商のはんだ一覧。ペン型の外装に丸められて入ってるもの、ボビンに巻いてあるものなどがポピュラーですね。まずはペン型の外装に入っているものをおすすめします、安いし。慣れてきたらボビンに巻いてあるのを300gとか買えばいいんじゃないですかね。100gあれば一年は持つと思います。

・スズメッキ線
スズメッキ線は部品を基板に配置した時に、部品間の配線をするために使います。これまた線なので太さが重要になってきます。色々ありますが、まずは0.5mm辺りのを10m買うといいでしょう。

さて、まあここらへんを全部一から揃えても5000円程度ですね、学生ならお年玉で十分買えるでしょう。でーすーがーこれだけあっても何もできません、そう、作るものがないじゃないですか!!!ということで、さらに作るものを買う必要がでてきます。
まずははんだづけの練習も兼ねて電子工作初心者向けのキットを買うといいでしょう。キットというのは、基板に部品をさしてはんだづけするだけで動くようになっているもので、自分ははんだづけ練習用のものだと思っています。キットは秋月が最強ですね、色々なものが揃っています。時計関連が個人的にはおすすめです。大抵の場合電源がついてないので、電源電圧にあわせた電池ボックスを一緒に買って乾電池で動作させるといいでしょう。乾電池1つあたりの電圧は1.5Vなので、必要な電源電圧にあわせた本数電池ボックスを選びましょう。リード線つきのものがなく、このようなバッテリースナップタイプのものしかなかった場合は一緒にこちらのバッテリースナップを買いましょう。

ここまで買って全部で7000円程度ですかね。今後かかっていくお金についてはあなたの作るもの次第です。
長くなってしまいましたね、今回はここらへんで閉めさせてもらいます。少しでも参考になれば幸いです。次は全ての要となるハンダ付けについて動画付きで解説したいと思っています。
一応、今後の予定を書いておきます。
第一回 必要なもの(今回)
第二回 はんだづけのやり方
第三回 LEDの点灯で学ぶブレッドボードとテスターの使い方
第四回 スイッチとトランジスタでLEDを制御
第五回 タイマーICでLEDを点滅
一応こんな感じにやる予定ですが第五回以降はどうするかまだ未定って感じですね。
では、また今度。
プロフィール

おぺら

Author:おぺら
強電から弱電まで狭く浅くやっています。
強電:コイルガン(充電&発射部)、テスラコイル
弱電:コイルガン(制御)、鉄道模型版PRC&CTC、マルチコプター

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