【文系SE】電子工作に挑戦③
広尾にあるベンチャーで働いている♂です。
今日も前回に引き続き電子工作です。
昨日はブレッドボードを使ってLEDを点灯させてみました。
今日はLED以外のパーツも使ってみたいので下記を作ることにしました。
【小型・電子オルゴールキット】
＜説明書＞
最初に挑戦しようとした【多機能デジタル時計Ver.3】より全然簡単で安心しました。
（【文系SE】電子工作に挑戦 - ベンチャーで働く20代後半独身男のブログ）
そうです。こういうのを求めていたんですよ私は。。
いきなり回路図バーンッッみたいのは求めてないんですよ、ええ。
まずパーツ毎にどうやって基盤にハンダ付けしていくか分からない状態ですと情報がオーバーフローしちゃいますよね。
さて、今回作成するキットのパーツ構成は下記となっています。
- メロディIC
- NPNトランジスタ
- 積層セラミックコンデンサ
- 炭素皮膜抵抗
- 専用基盤
- 圧電スピーカ
- 電池ホルダ
パーツが少なく、シンプルでいいですね。
トランジスタとコンデンサを勉強したかったのでちょうど良さそうなキットだと思います。ただ組み立てるだけでは面白く無いので、パーツの特性も一緒に勉強しようと思います。
＜トランジスタ＞
トランジスタとは
トランジスタスイッチと水道との類似
水道と蛇口に例えてみると、スイッチ動作を理解し易い。
蛇口の開閉（ベース電流）で、水道に水（エミッタ-コレクター間に流れる電流）を流したり（ON)止めたり（OFF)する。
(http://www.ee.ibaraki.ac.jp/09student/Lectures/KisoDenki/Tr/Tr_as_SW.html)
非常に小さなベース電流の変化でも， トランジスタの抵抗値は大きく変化する」ということです． 抵抗値が変化すれば，当然コレクタ電流も変化しますので， 言いかえれば「小さな電流の変化で大きな電流をコントロールできる」ということになります． ・・・ぱっと思いつく例えとしては，マイクとスピーカーみたいな感じの物があります．
入力はとても小さな電気信号（マイクで拾う人の声とか）であっても，トランジスタの出力側には大きな電流の変化が現れます． 例えばここにスピーカーをつないでおけば，マイクの信号と同じ波形を持つ大電流をスピーカーに流すことができるので， 大きな音を鳴らすことができます． こんな感じのトランジスタのはたらきを「増幅作用」と呼ぶらしいです． 要はアンプです．
トランジスタの原理
↓トランジスタの原理が動画で分かりやすいサイト
動画で見るとメチャメチャ分かりやすいです!!
トランジスタのデータシートを読もう
そのトランジスタは何用なのかをみます。
低周波電圧増幅用、励振段増幅用って書いていますので、一応オーディオ帯域で増幅段に使ってよいってことは分かります。
低周波って書かれると、なんだか性能が低そう・・・ と考えるかもしれませんが、本当にRF用の高周波トランジスタは、ノイズが多く、増幅率が少なくてAF帯域の増幅に適さないことが多いので注意が必要です。 そもそも平たい4枚の端子が出ていてUFOみたいだし。
ちょっと話が逸れてしまいましたが、その他にも特徴が幾つか書かれています。
ざっと読んでおきましょう。
次に、「絶対最大定格」です。ここはちょっと重要です。
一応、半導体は、この絶対最大定格を瞬時でも超えてはならないことになっています。
一応というのは、製造上のバラつきがあるので、若干のマージンがあることはあります。 が、守らないと壊れる可能性があるということです。
今回使うパーツは「2SC1815」
データシートは
耐圧に関するものは3つあります。もっとも重要なのはコレクタ・エミッタ間電圧（VCEO）です。コレクタ・ベース間電圧（VCBO）と同じか若干低めなので、これが定格オーバーにならないように注意して設計します。一般的な考え方として、電源電圧がコレクタ・エミッタ間電圧（VCEO）よりも高くならないようにします。こうしておけば、回路内でいかなる不具合が生じても耐圧オーバーにはなりえないからです。しかし、常にすべてのトランジスタの耐圧が電源電圧よりも高いものを選べるとは限りません。そのような場合は、回路の性質や挙動、特に電源ON/OFF前後の電圧変動をよく考えて耐圧を超える瞬間がないように安全設計をこころがけます。そのような設計をした場合は、思わぬ配線ミスや予想外のトラブルが生じた時に、このトランジスタが耐圧破壊する可能性を意識しておく必要があります。
エミッタ・ベース間電圧（VEBO）は、エミッタを基準にしてベース側にかかるマイナス側の耐圧のことをいいます。トランジスタが正常に動作している時はベース～エミッタ間には順電圧で約0.6Vが生じているので問題はないのですが、ベース側に大きな振幅の信号が入力されてベースがマイナスになった時などにこの耐圧が問題になります。たとえば、エミッタが交流的にアースされているような回路で、ベースに非常に大きな信号が入力されると、エミッタ・ベース間電圧が定格を超えてしまう瞬間ができます。たとえば、エミッタフォロワ回路で、出力側がショートした状態で信号が入力された場合が該当します。
上記のサイト様を見るに電源電圧がコレクタ・エミッタ間電圧（Vceo）より高くならないように確認しておけばなんとかなりそうな感じですね。
今回使用する「2SC1815」のVceoは50Vですので、まあ超えることはないでしょう。
＜コンデンサ＞
今回使用するのはこれ
【コンデンサとは】
コンデンサとは、直流には電気を貯める働きを、交流には周波数により
抵抗値の変わる「抵抗」として機能します。
この貯められる量を「静電容量(略して「容量」)」といい、単位は、
F(ファラド)です。
しかし、1Fというのは膨大な量を貯えられる量で、電子回路ではこれほど
の大きな容量のものはあまり使いません。 通常は、
pF(ピコ(=10の12乗分の1)ファラド)
μF(マイクロ(=10の6乗分の1)ファラド) をよく用います。
また、コンデンサの電極間にかけることのできる最大電圧を「定格電圧
(耐電圧)」といい、これ以上の電圧を加えるとコンデンサがこわれます。
（http://www.picfun.com/partcon.html）
ファラドって単位始めて聞きました。。ファラオっぽい。。ピコ、マイクロもあまり耳馴染みがないですね。ピ◯太郎とか。ミクロとマイクロは読み方の違いっぽい。。
コンデンサの見方
コンデンサは、電荷を一時的に蓄える性質を持つ素子です。直流は通さずに、交流を通す性質があります。抵抗と同じで、耐電圧が明記されています。それを超えるような電圧がかからないように部品を選ぶ必要があります。表面実装タイプやリード付きがあります。表面実装タイプだと、容量が確認できないものもあります。
データシート
静電容量（容量）と定格電圧（耐電圧）が大切みたいですね。
コンデンサのしくみ
コンデンサの内部は、誘電体（絶縁体）を電極で挟んだ構造になっているよ
誘電体（絶縁体）は電気を通さない物質だよ
誘電体（絶縁体）の種類によってさまざまなコンデンサがあるよ
コンデンサの両端に電圧がかかると、電流がながれて + の電気と - の電気が両端の電極に溜まるよ
電極の間は絶縁体だから電気が流れないけど、かわりに絶縁体の原子内の電子が + 側に引き寄せられて
全体として絶縁体の両端が + と - になるよ
この現象を「誘電分極」もしくは「静電誘導」というよ
動画で見るとやはり分かりやすい。
電気は流れないけど、電子は通るんですね。
絶縁体の両端が＋と−になる。それを溜まると表現しているんですね。。
トランジスタと比べて少し難しいかも。
基本的に電子がポイントとなるんですね。
今後は回路だけでなく、電子の勉強も必要になりそうですね。
実装して確認するのはまた次の記事で。
では。
