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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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。
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弱電:コイルガン(制御)、鉄道模型版PRC&CTC、マルチコプター
最近はエンジン回して遊んでいます。

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