目次
Background
- 仕事でメカトロニクスの理解が必要になった
- 回路図りの学習ログ
回路図
- 部品をどうつなぐかを、記号で表した図である。
- 実物の見た目ではなく、どことどこが電気的につながっているかをみる
最低限読むべき記号
電源:
- VCC, VDD, +5V, +3.3V など：プラス電源
- GND：基準電位。一般にはマイナス側や0V扱い
抵抗:
- ジグザグ、または四角記号
コンデンサ:
- 2本線
- 極性ありは片側に＋表記があることもある
ダイオード・LED:
- 向きがある
- LEDは光を表す矢印つき
スイッチ:
- 開く・閉じる接点
回路図の見方のコツ
- 線がつながっているかを見る
- 点がある交点：つながっている
- 点がない交差：つながっていないことが多い
電源で最初に見る項目
- 必要電圧は何Vか
- 最大電流はどれくらい必要か
- ACかDCか
- 極性は合っているか
抵抗
気にするもの：
- 抵抗値（Ω）
- 定格電力（W）
電力はたとえば
- P = V² / R または
- P = I²R
で計算する。
例： 100Ωに5Vかかると
$$ P = 25 / 100 = 0.25W $$
コンデンサ
気にするもの：
- 容量
- 耐圧
たとえば5V回路なら、耐圧6.3Vでも理屈上は使えるが、10Vや16Vなど余裕を持たせることが多い。
トランジスタ・IC
気にするもの：
- 最大電圧
- 最大電流
- 消費電力
- 入力電圧範囲
最初は、 「絶対最大定格を超えない」 だけでもかなり重要である。
テスターの使い方
まず使う3機能
電圧測定
何を見るか：
- 電池が生きているか
- 電源が出ているか
- 部品の両端に何Vかかっているか
使い方：
- 並列につなぐ
- 赤を測りたい点、黒をGNDへ置くことが多い
導通チェック
何を見るか：
- 線がつながっているか
- はんだ不良がないか
- ショートしていないか
使い方：
- 電源を切ってから測る
抵抗測定
何を見るか：
- 抵抗値が正しいか
- 断線していないか
使い方：
- 通電中は基本測らない
- 回路につながったままだと正しく測れないこともある
電流測定は少し注意
- 電流を測るときは、テスターを直列に入れる必要がある。
- ここを間違えて、電源に並列で当てるとショートに近い状態になって危険である
フローティング
用語
- 開放：電気的につながっていない状態
- フローティング：電圧が決まらず、ふわふわ不安定な状態
- ハイインピーダンス（Hi-Z）：その端子がほとんど電流を流さず、回路に強く影響を与えない状態
- プルアップ：弱くVcc側につないで、何もしていないときにHighになるようにする
- プルダウン：弱くGND側につないで、何もしていないときにLowになるようにする
浮いているとはなにか
浮いている状態とは、その点の電圧がHighでもLowでもはっきり決まっていない状態。
そのとき、その入力は
- たまたまHighっぽく見える
- たまたまLowっぽく見える
- 周囲のノイズでころころ変わる
ということが起こる。
これをフローティングしているという。
フローティングとは
フローティングは、そのノードの電位がどこにも固定されず、宙ぶらりんな状態である。
たとえばこういう回路である。
| |
この回路でスイッチがOFFだと、入力ピンはVccにもGNDにもつながっていない。すると入力ピンの電圧は決まらず、浮く。
その結果、
- 誤動作する
- ノイズを拾う
- 触ると値が変わる
といったことが起こる。
開放とは
開放とは、文字通り回路がつながっていない状態である。 英語では open, open circuit という。
たとえばスイッチOFFで線が切れている状態は開放である。
ただし重要なのは、
- 開放 = つながっていない
- フローティング = 電圧が決まらず不安定
であり、似ているが同じ言葉ではない。
ハイインピーダンス（Hi-Z）とは
ハイインピーダンスとは、その端子がほとんど電流を流さない、非常に抵抗が大きいように見える状態。
通常の出力ピンは
- Highを出す
- Lowを出す
のどちらかで、回路をぐっと引っ張る。
しかしHi-Zでは、
- Highにも引っ張らない
- Lowにも引っ張らない
- ほぼ切り離されたように振る舞う
という状態になる。
プルアップとは
プルアップとは、対象の点を抵抗を通してVcc側へつなぐことである。
こうすると、何もしていないときはその点がHighになる。
| |
- スイッチOFF
- → 抵抗を通してVccにつながる
- → 入力はHigh
- スイッチON
- → GNDに直結される
- → 入力はLow
プルダウンとは
プルダウンとは、対象の点を抵抗を通してGND側へつなぐことである。こうすると、何もしていないときはその点がLowになる。
回路イメージ
| |
- 動き
- スイッチOFF
- → 抵抗を通してGNDにつながる
- → 入力はLow
- スイッチON
- → Vccにつながる
- → 入力はHigh
つまり、通常時はLow、押したらHighになる。