今回は、超入門と題して、LEDを光らせることを目標に電子工作をやってみます。LEDを光らせるだけでは面白くない。と思ったかもしれません。ただ、このLEDを光らせる作業は、電子工作の基本が詰まっています。
ここから電子工作を始めてみたい。昔触っていたが、復習したい。そんなあなたにピッタリの記事になっています。なんとなく流すのではなく、ぜひご自身でもこの記事の通りに手を動かしてLEDを光らせてみてくださいね。
LEDを光らせる電子工作の入門編が理解できる。
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必要な部品を揃える
まずは部品をそろえましょう。部品と言っても特殊なものではありません。日常ではあまり目にしませんが、いまどきでは通販で購入可能です。
逆に、通販ではよりどりみどりなのですが、じつは近所の量販店で取り扱っているものといえば、電池ボックスとLEDがあるか？くらいではないでしょうか？すくなくとも近所でブレッドボードが売っていることは稀でしょう。
本ブログでは、通販で部品をそろえることを前提としていますので、各部品に大手通販サイトのリンクを用意しています。ぜひ参考にしてみてください。
電池ボックス（単三2本など）
電池ボックスです。これはLEDを光らせるための電源です。電源が無いと、LEDを光らせることができません。今回は単三電池を2本使います。1本でも光らせる方法もありますが、今後の電子工作で電池ボックス2本を使う機会が多いですので今のうちに用意しておきましょう。
わたしが購入したのは、いろんな電池の本数に対応しているこちらの電池ボックスです。
単三電池は充電池でも乾電池でもどちらでも構いません。乾電池は使い終わったらすぐにゴミになりますが、充電池なら何度も繰り返し充電して使えるのでエコですね。
ブレッドボード
次に、回路の土台となるブレッドボードです。ブレッドボードとは、穴のあいた板です。この板は電子工作によく使うもので、この穴が各方向と導通しています。導通とは、電気が通るよ。ということです。
ブレッドボードの仕組みや、使うときの配線ルールについては、過去のこちらの記事で詳しく解説しています。ブレッドボードって何？と思ったら、まずはこちらをご覧ください。
ブレッドボードについては、部品を並べて挿すだけかと思いきや、意外と品質の差もあります。そのことはここで書いています。
とりあえず品質で迷ったら、少々値が張りますが、サンハヤトというメーカーのブレッドボードにしておけば間違いありません。
LED（赤、緑などお好みで）
LEDの色はお好みです。赤でも緑でも青でも黄色でも、なんの色でもOKです。今回は電池2本で光らせるので、自動車用のビカビカに光る高輝度なLEDでないかぎり大丈夫です。LEDも電子工作用で調べればいくらでもヒットします。
例えばですが、こんな感じで電子工作用としてセットになっています。
ただし、LEDだけ買うのはコスパが悪いです。初めて電子工作をやるなら、実はLED意外にも必要な基本部品が沢山あります。その基本部品といっしょになっているキットにしたほうがコスパが良いです。LEDだけで購入となると、必要な数がとても多いときなど、特殊な場合に限られると思います。ですので、後ほど紹介する初心者向けのキットをオススメします。
抵抗（220Ω～1kΩ程度）
つぎに抵抗です。抵抗とは、電気を流しにくくする部品です。これが無いとLEDが最悪破損します。なぜ抵抗が必要なのか？それは、簡単に言うと、LEDに大量の電流が流れてLEDが壊れてしまうからです。
抵抗には、種類がたくさんあります。まずは抵抗値のバリエーションが多いため、どの抵抗値を選べばいいか悩むと思います。アドバイスとしては、いったん複数の抵抗値が入ったセットを購入するのがおすすめです。
なぜなら、今後電子工作を続けていくにつれて、いろんな抵抗値が必要になるからです。これは断言できます。そうなると、いちいち抵抗を購入していたら手間ですし、手持ちの抵抗値で間に合わせようとして部品が損傷するなんてことが起きたらショックですよね。なのでいろんな抵抗値が入ったセットをまずは購入するのがいいとおもいます。
こちらも先程のLEDと同様に、初心者向けキットに入っているものがあるので、そちらを選びましょう。抵抗単体で購入するのは、キットに入っている抵抗で試してからでも遅くありません。
ジャンパワイヤー
最後にジャンパーワイヤーです。ジャンパーワイヤーというのはこんな線です。
この線が回路をつなぐ線になります。電池や抵抗、LEDをつなぐため線というわけですね。先端がブレッドボードに刺さるような金具がついています。ブレッドボードに挿すだけで配線が完了します。とっても便利ですね。
回路図を確認する
ここで回路図を書いてみましょう。回路図とは、どんな部品をどんな構成で繋げるかの設計図のようなものです。
今回は簡単な回路図なのですが、複雑になってくると回路図もどんどん複雑なっていきます。まずは簡単な回路図から始めてみましょう。これが今回の回路図です。抵抗値など細かい数値はまだ入れていません。
用語の説明としては、Batteryが今回は単3電池2本。RはRegisterで抵抗。LEDはそのままですね。このように直列につなぎます。この回路図は、専用の回路作成ソフトのKiCADで書いています。基板を自作したくなったらよく登場します。今後こちらのソフトの使い方についてもご紹介してきます。
いったんここでは直列につなげることだけ示します。回路図と言われても、こんなに簡単な回路なら特になんてことはないですよね。
電源、抵抗、LEDの繋げかた
それでは回路図通りに配線してみましょう。詳しい配線方法は後ほどご紹介しますが、イメージをつかんでもらうために配線した状態の写真を示しておきます。
ブレッドボードの使い方については以前ご紹介していますので、今回お話するのはLED、抵抗、電池のつなげ方です。接続する向きが決まっている部品と、決まっていない部品の両方があります。
【接続する向きに注意】プラスとマイナスの向き
プラスとマイナスの向きは、電池の向きで決まります。プラスは突起が出ているほうで、マイナスは平らなほうです。これは単三だろうが単四電池だろうが一緒です。
また、電池ボックスを使用する際は、たいていの場合、電池が直列につながっていて、プラスは赤色の線、マイナスは黒色の線がでていることがほとんどです。
電池にプラスとマイナスがあるのは何となく常識ですが、他にも今回使用する部品でプラスとマイナスの関係があるものがあります。それが、LEDです。LEDには、電気を流せる方向、つまりLEDを光らせるための電気の流れが必要です。
LEDの記号は、このようなもので、この図の場合だと、上から下へ電気が流れることを示しています。逆に、下から上へ電気をを流そうとしても流れません。これはLEDの性質です。
電池とLEDはつなげる向きが決まっていますが、抵抗に向きはありません。このことを「極性がない」と言ったりします。抵抗はどの向きで接続してもOKと覚えておきましょう。
ブレッドボードに部品を配置する
それでは、ブレッドボードに部品を配置してみましょう。写真だと、どの穴を使っているか見えにくいので、図にして表します。
LEDの足の向きに注意
LEDと電池には接続する向きがあるので注意が必要です。電池については、突起がついている方が＋なのでわかりやすいです。電池本体に＋とーが表示されていることもありますし。
ただ、LEDは知識がないと向きがわからないです。ただ安心してください。見た目で一発で判断できる方法があります。それが、「足の長さ」です。足の長いほうがアノード、足の短いほうがカソードといいます。足の長いアノードには+を接続し、足の短いカソードには−を接続します。
反対に接続しても光りません。これが、「極性がある」ということです。
反対に接続したとしても、大電流を流さない限りはLEDが壊れることはありません。光らなかったら、「あ、逆だったか」くらいでも最初のうちは大丈夫です。ただし、配線作業の確認は非常に重要です。配線をミスると火花が散ることもありますし、最悪大事な部品が壊れて燃えることもあります。時間をかけてチェックするようにクセをつけたほうがいいです。
抵抗はどちら向きでもOK
抵抗は、LEDと異なり、向きはありません。これが「極性がない」ということです。向きはないのでとりあえず正しい位置についていればOKです。
ジャンパワイヤーで配線する
部品をブレッドボードに配置したら、部品を配線しましょう。配線はジャンパーワイヤーを使います。
回路図通りに接続
大事なのは、回路図通りに接続することです。回路図はすでに確認済みなわけですから、回路図通りに配線できれば絶対に動作するはずです。
ここで回路図が間違っていると、必死に回路図通りに配線しても動作しません。ですから、回路図を作成する時点で間違いのないようにするのが非常に需要です。何事もステップごとに完成させていくことが大事ないい例ですね。
電源をつないで点灯確認！
それでは、電池を入れてみましょう。電池の向きと、電池ボックスの線の向きに注意してくださいね。それから、電池の容量はしっかりあるかも確認しておいてください。充電池の場合は充電しておきましょう。
光れば成功！
LEDが光れば今回のミッションは成功です。もし光らない場合は、次のチェックポイントを参照してみてください。光らないと、なんだつまらないなと思ってしまうかもしれません。でも、実はうまくいかなかったときのほうが、新しい発見をするチャンスです。
うまくいってしまうと、特になんで成功したのかを考えることはほとんどないと思います。でも、うまくいかないと、なんでうまくいかないのか？うまく動作させるためには何が必要なのか？を深く考えるきっかけになります。ですから、ぜひたくさん失敗をして、新しい発見をどんどんしてください。
光らない場合のチェックポイント
LEDが光らないときは、こんなところをチェックしてみてください。
- 配線が抜けていないか？
- 配線を挿す位置がズレていないか？
- 抵抗値は正しいか？
- 電池の向きは正しいか？
- LEDの向きは正しいか？
配線が抜けていないか？
基本中の基本ですが、配線が抜けてしまうと、回路が開いた状態になってしまいます。ちょうどスイッチが切れてしまった回路をイメージすればわかりやすいですね。
この状態だと、電気は流れませんから、当然LEDも光りません。
配線を挿す位置がズレていないか？
自分では回路が閉じていると思っても、実はブレッドボードに挿す穴がずれていて、意図せず回路が開いていることも良くあります。ブレッドボードに挿したから大丈夫ではなく、ちゃんと正しい穴を使えているか確認しましょう。
抵抗値は正しいか？
今回使用する抵抗値は220Ω~1kΩです。もしこれ以上の例えば、数百kΩの抵抗をつかってしまうと、LEDが光ったとしても、弱弱しい光で肉眼では確認しにくいかもしれません。
逆に、小さすぎる抵抗値の場合は、一瞬だけLEDが光ってそのあと光らなくなるかもしれません。これは、一瞬だけLEDに大電流が流れて、その後LEDが壊れることで発生します。つまり、LEDの故障です。
どちらにしても、抵抗値が極端な場合に発生しますので、ちょうどいい抵抗値を使ってみてください。
電池の向きは正しいか？
電池にはプラスとマイナスがあります。この向きを間違えると、当然電気も流れません。正確には、逆に電気が流れることになります。
LEDの向きは正しいか？
電池と同様にLEDも極性がありますので、接続する向きも注意が必要です。おさらいですが、足の長いほうがアノードで、プラスを接続。足の短いほうがカソードで、マイナスを接続します。
今回のまとめ「まずは入門編はクリア」
これでLEDを光らせる方法について解説が終了しました。
- 必要な部品は通販で揃う。
- 電池だけでなく、LEDにも極性があるので接続する向きに注意する。
- 光らなかったら、1つずつ確認していく。
ここまでできればまずは電子工作の入門編はクリアです。理論も含めて理解をふくめつつ、さらに高度な電子工作にもぜひチャレンジしてみてください。
