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電子回路

毎日使っている多くのものが電気で動いています。例えば、家の照明やこの文章を読んでいるコンピューターです。

電気を使うためには、電気回路を作る必要があります。電気回路は金属のワイヤーと電気・電子部品から構成されています。

回路にはどこかから電力を供給する必要があります。家庭では、ほとんどの家電製品(例えば、テレビや照明など)は壁のコンセントから電力を供給されています。しかし、多くの小型の携帯可能な回路(例えば、電子玩具や携帯電話など)は電池で動いています。電池には2つの端子があり、プラス記号(+)でマークされたものが正の端子と呼ばれます。負の端子はマイナス記号(-)で象徴されますが、通常電池には印刷されていません。

電流が流れるためには、電池の正の端子から負の端子に導電路がつながっている必要があります。これを閉回路と呼びます(切断されている場合は開回路と呼ばれます)。電流は電気機器(例えば、ランプ)を通って流れ、それによって機能します(例えば、点灯します)。

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Pico 2 Wにはいくつかの電力出力ピン(正)とグラウンドピン(負)があります。 これらのピンを電源の正負の側として使用できます。Pico 2 Wを電源に接続すればいいのです。

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電気を使えば、光、音、動きのある作品を作ることができます。 LEDを点灯させるには、長いピンを正の端子に、短いピンを負の端子に接続します。 このままではLEDはすぐに壊れてしまうため、回路内に220オームの抵抗を追加して保護する必要があります。

下記はそれらが形成する回路です。

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この時、どうやってこの回路を組み立てるか疑問に思うかもしれません。ワイヤーを手で持つのか、ピンやワイヤーをテープで固定するのか?

このような状況では、はんだ付け不要のブレッドボードが最良の選択肢となります。

こんにちは、ブレッドボード!

ブレッドボードは、たくさんの小さな穴が開いた長方形のプラスチック板です。 これらの穴により、電子部品を簡単に挿入して電子回路を組み立てることができます。 ブレッドボードは電子部品を永久に固定しないため、何か問題が発生した場合には簡単に修理してやり直すことができます。

注釈

ブレッドボードを使用するために特別な道具は必要ありません。ただし、多くの電子部品が非常に小さいため、ピンセットが小さな部品をつかむのに役立ちます。

インターネット上では、ブレッドボードに関する多くの情報を見つけることができます。

ブレッドボードについて知っておくべきいくつかのことがあります。

  1. 各半行グループ(例えば、行1のA-E列または行3のF-J列)は接続されています。そのため、A1から電気信号が流れ込むと、B1、C1、D1、E1から流れ出すことができますが、F1やA2からは流れ出ません。

  2. 通常、ブレッドボードの両側は電源バスとして使用され、各列の穴(約50穴)が接続されています。一般的に、正の電源は赤い線の近くの穴に、負の電源は青い線の近くの穴に接続されます。

  3. 回路では、負荷を通過した後に正極から負極へと電流が流れます。この場合、短絡が発生する可能性があります。

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電流の流れに従って回路を組み立てましょう!

  1. この回路では、Pico 2 Wボードの3V3ピンを使ってLEDに電力を供給します。オス-オス(M2M)ジャンパーワイヤーを使って、それを赤い電源バスに接続します。

  2. LEDを保護するために、電流は220オームの抵抗器を通過する必要があります。抵抗器の一方の端(どちらでも良い)を赤い電源バスに、もう一方の端をブレッドボードの空いている行(私の回路では行24)に接続します。

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    220オームの抵抗器のカラーリングは赤、赤、黒、黒、茶です。

  3. LEDを手に取ると、そのリードの一方がもう一方よりも長いことがわかります。長いリードを抵抗器と同じ行に、短いリードをブレッドボードの中央の隙間を越えた同じ行に接続します。

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    長いリードはアノードで、回路の正の側を表します。短いリードはカソードで、回路の負の側を表します。

    アノードは抵抗器を通してGPIOピンに接続する必要があります。カソードはGNDピンに接続する必要があります。

  4. オス-オス(M2M)ジャンパーワイヤーを使用して、LEDの短いピンをブレッドボードの負の電源バスに接続します。

  5. Pico 2 WのGNDピンをジャンパーを使用して負の電源バスに接続します。

短絡に注意

短絡は、接続されるべきではない二つのコンポーネントが「偶然」接続されたときに発生します。 このキットには、長い金属ピンを持つ抵抗器、トランジスタ、コンデンサ、LEDなどが含まれており、互いに接触して短絡を引き起こすことがあります。一部の回路では、短絡が発生すると正常に機能しなくなるだけですが、時には短絡がコンポーネントを永久に損傷させることもあります。特に電源とグラウンドバスの間で短絡が発生すると、回路が非常に熱くなり、ブレッドボードのプラスチックが溶け、コンポーネントが焼けることさえあります!

そのため、常にブレッドボード上のすべての電子部品のピンが互いに触れていないことを確認してください。

回路の向き

回路には向きがあり、特定の電子部品では向きが重要な役割を果たします。極性を持つデバイスがあり、その正負の極に基づいて正しく接続する必要があります。間違った向きで組み立てられた回路は正常に機能しません。

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先に組み立てたこの単純な回路でLEDを逆にすると、それがもはや機能しないことがわかります。

対照的に、この回路の抵抗器のように向きがないデバイスもありますので、LEDの正常な動作に影響を与えることなくそれらを逆に試すことができます。

「+」、「-」、「GND」、「VCC」といったラベルが付いたほとんどのコンポーネントやモジュール、または長さの異なるピンを持つものは、特定の方法で回路に接続する必要があります。

回路の保護

電流は、完全な電気回路の一点を電子が流れる速度です。最も基本的な形で、電流 = 流れです。アンペア(アンピア)、または単にアンプとは、電流を測定するための国際単位です。これは、特定の時間内に回路の一点を流れる電子の量(時々「電気的荷量」と呼ばれます)を表します。

電流の流れを駆動する力(電圧)は電圧と呼ばれ、ボルト(V)で測定されます。

抵抗(R)は、電流の流れを制限する材料の特性であり、オーム(Ω)で測定されます。

オームの法則によると(温度が一定の場合)、電流、電圧、抵抗は比例関係にあります。 回路の電流はその電圧に比例し、抵抗に反比例します。

したがって、電流(I)= 電圧(V)/ 抵抗(R)です。

オームの法則については、簡単な実験を行うことができます。

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3V3から5V(すなわちVBUS、Pico 2 Wの40番ピン)への配線を変更すると、LEDはより明るくなります。 抵抗を220オームから1000オーム(色環:茶、黒、黒、茶、茶)に変更すると、LEDは以前よりも暗くなることが分かります。抵抗が大きいほど、LEDは暗くなります。

注釈

抵抗についての紹介と抵抗値の計算方法については、抵抗器 を参照してください。

ほとんどのパッケージモジュールは、超音波モジュールなど、適切な電圧(通常は3.3Vまたは5V)へのアクセスのみを要求します。

しかし、自作の回路では、電気デバイスの供給電圧と抵抗の使用に注意する必要があります。

例として、LEDは通常20mAの電流を消費し、その電圧降下は約1.8Vです。オームの法則によれば、5Vの電源を使用する場合、LEDを焼損しないように最低160オームの抵抗((5-1.8)/20mA)を接続する必要があります。