【初心者向け】ブレッドボードとタクトスイッチで論理回路を作る(2)

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2020年05月11日 公開。

2.製作する回路の回路図と必要な部品

いよいよ、ここからが本題です。製作するAND回路OR回路について説明します。

2-1.回路図

今回製作するAND回路の回路図を図7に、OR回路の回路図を図8に示します。

図7、製作するAND回路
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図7、製作するAND回路
図8、製作するOR回路
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図8、製作するOR回路

電気基礎実験IIの授業でこのページを読んでいる方へ:図7と図8は、それぞれ実験テキストの図1(a)と図1(b)と、電源電圧が5Vから4.5に変わっている点を除いて、同じ回路である事に注意してください。

ここで、図7や図8に出てくる回路記号について簡単に説明します。

図9の記号は、電池の記号です。

図9、電池の回路記号
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図9、電池の回路記号

電池を3本直列に接続すると図10に示す回路図になりますが、普通は、図11の様に省略して書きます。

図10、電池を3本直列接続した回路の回路図
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図10、電池を3本直列接続した回路の回路図
図11、図10の回路図の省略記法
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図11、図10の回路図の省略記法

図12は、抵抗の旧JIS記号です。

図12、抵抗の旧JIS記号
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図12、抵抗の旧JIS記号

最近は、改定後の新JIS記号(図13)も少しずつ使われる様になってきました。学校教育においては、新JIS記号に移行してしまっています。

図13、抵抗の新JIS記号
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図13、抵抗の新JIS記号

しかしながら、新JIS記号は直感的ではないなどの弊害があり、当サイトでは旧JIS記号を使う事にしています。

参考:抵抗に関していえば、図13の縦長の長方形の記号は、本によっては(コンデンサやコイルを含む)任意または未知の負荷という意味で使われている場合があります。そういう本との整合性を取るには、図12の旧JIS記号の方が都合がいいのです。また、リレー用のコイルは、新JIS記号では図14に示す様に横長の長方形で表わす様になっており、紛らわしい事も、筆者が新JIS記号を使いたくない理由の1つです。

図14、リレーのコイルの新JIS記号
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図14、リレーのコイルの新JIS記号

図15はLED(発光ダイオード)の記号です。LEDには極性があります。+側の電極がアノードで、−側の電極がカソードです。アノードは、アルファベットのAの一文字で表される事が多く、カソードは、アルファベットのKの一文字で表される事が多いです。

図15、LEDの回路記号
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図15、LEDの回路記号

LEDは、電流を流すと発光する、一種のダイオードです。今回作る回路では、2値論理回路の出力が0になっているか、1になっているかを見分けるための、簡易型の電圧計として、LEDを使います。

2-2.部品表と部品の説明

図7のAND回路および図8のOR回路を作るのに必要な部品の表を、表4に示します。AND回路を作ったら、ブレッドボードから部品を外して、OR回路を作り直しますので、2つの回路で部品は共用します。

表4、図7のAND回路と図8のOR回路の部品表(部品を2つの回路で共用)
数量 AND回路の
部品番号
OR回路の
部品番号
部品の種類 リード間隔 仕様・型番 備考 写真
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1 R1 R1 カーボン抵抗 300mil 1kΩ±5%、1/6W カラーコード:茶黒赤金
秋月電子通販コード:R-16102
1kΩ±5%、1/6W
2 SW1、SW2 SW1、SW2 タクトスイッチ 200mil TVDT18-050CB-T 秋月電子通販コード:P-08078 TVDT18-050CB-T
1 LED1 LED1 LED 100mil OS5RPM5B61A-QR
赤色LED、直径5mm
秋月電子通販コード:I-01318 OS5RPM5B61A-QR
1 電池ボックス BH-331-3B
単3×3本、Bスナップ
秋月電子通販コード:P-02677 BH-331-3B
1 ジャンパーワイヤ付バッテリースナップ BS-IC-AT150MM 秋月電子通販コード:P-09032 BS-IC-AT150MM
3 アルカリ単3電池 アルカリ単3電池

表4には「リード間隔」という項目があり、300milや200milなどと、mil単位で数字が記入されています。milとは長さの単位で、1mil=11000インチ=0.0254mmです。ですから、リード間隔が200milというのは、リード線の中心間の間隔が200mil=0.2インチ=5.08mmという事になります。

ブレッドボードの穴の間隔が2.54mm=0.1インチ=100milですから、リード間隔が200milのタクトスイッチは、写真5に示す様に、2本のリード線が、互いに2つ分隣合った穴に差し込めます。また、リード間隔が100milのLEDなら、写真6に示す様に、2本のリード線が、互いに隣り合った穴に差し込めます。

写真5、リード間隔が200mil(0.2インチ)のタクトスイッチのリード線はブレッドボードの二つ分隣あった穴に差し込める
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写真5、リード間隔が200mil(0.2インチ)のタクトスイッチのリード線はブレッドボードの二つ分隣あった穴に差し込める
写真6、リード間隔が100mil(0.1インチ)のLEDのリード線はブレッドボードの隣あった穴に差し込める
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写真6、リード間隔が100mil(0.1インチ)のLEDのリード線はブレッドボードの隣あった穴に差し込める

電池ボックス(BH-331-3B)には、公称電圧1.5Vのアルカリ単3電池が3本入ります。それら3本の電池は直列接続になるため、出力電圧は4.5Vになります。

またこの電池ボックスには006P型積層電池と同一形状のスナップが付いています。このスナップにジャンパーワイヤ付バッテリースナップ(BS-IC-AT150MM)を接続すると、電池の出力端子をブレッドボードに差し込める様になります。(写真7参照)

写真7、電池ボックスとバッテリースナップを組み合わせてブレッドボードに4.5V電源を供給できる様にした状態
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写真7、電池ボックスとバッテリースナップを組み合わせてブレッドボードに4.5V電源を供給できる様にした状態

読者に意味が伝わりやすい様に、電池ボックスに電池を入れた状態で撮影しましたたが、本来は、回路の配線がきちんと終わるまで、電池を電池ボックスに入れるべきではありません。電池を入れた状態で、+4.5Vの端子とGNDの端子をうっかり接触させてしまうと、大電流が流れ、危険です。

写真7に示す様に、電池を挿入すると、赤いリード線側が+4.5Vの端子、黒いリード線側がGND(0V)の端子になります。

LEDは、今回使うOS5RPM5B61A-QRに限らず、アノードとカソードの区別を、リード線の長さで行う様になっています。写真8に示す様に、リード線の長い方がアノードで、短い方がカソードです。

写真8、LEDのアノード(A)とカソード(K)の区別
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写真8、LEDのアノード(A)とカソード(K)の区別

LEDをそのままブレッドボードに挿しこむと、写真9に示す様に、リード線が長すぎて、LED本体がブレッドボードから大きく浮いてしまい、配線などがしにくくなります。

写真9、リード線が長くてブレッドボードから大きく浮いたLED
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写真9、リード線が長くてブレッドボードから大きく浮いたLED

そこで、LEDのリード線をマイクロニッパで切断し、写真10に示す様に短くします。この際、2本のリード線を同じ長さに切断すると、LEDの極性が分からなくなりますので、アノード側が長くなる様に切断してください。

写真10、リード線を切断して短くしたLED
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写真10、リード線を切断して短くしたLED

LEDのリード線を適切な長さに切断すると、写真11に示す様に、LED本体がブレッドボードに近づき、配線などがし易くなります。

写真11、リード線を切断してブレッドボードからの浮きが減ったLED
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写真11、リード線を切断してブレッドボードからの浮きが減ったLED

表4の部品だけでなく、ブレッドボードやブレッドボード用のジャンパ線と、マイクロニッパとラジオペンチの2つの工具が必要です。

ブレッドボードは何を使ってもいいのですが、筆者は秋月電子EIC-8032という型番のブレッドボードを購入しました。(写真12参照)

写真12、筆者が購入したブレッドボード
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写真12、筆者が購入したブレッドボード

2-3.組み立て上がった回路の写真

図7のAND回路をブレッドボード上に組んだ例を写真13に、写真13回路の部品配置の解説を写真14に示します。

写真13、AND回路をブレッドボード上に組んだ様子
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写真13、AND回路をブレッドボード上に組んだ様子
写真14、写真13の回路の部品配置の解説
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写真14、写真13の回路の部品配置の解説

緑色の線の部分がブレッドボード内で導通している事に注意してください。

図8のOR回路をブレッドボード上に組んだ例を写真15に、写真15の回路の部品配置の解説を写真16に示します。

写真15、OR回路をブレッドボード上に組んだ様子
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写真15、OR回路をブレッドボード上に組んだ様子
写真16、写真15の回路の部品配置の解説
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写真16、写真15の回路の部品配置の解説

緑色の線の部分がブレッドボード内で導通している事に注意してください。

次のページでは、回路の動作原理について説明します。

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