2021.10.2 2個のLEDを交互に点滅させる回路(非安定マルチバイブレータ回路)
[キーワード]
・発振回路とは
・トランジスタの基礎
・CRの充放電回路
今回は、LEDを交互に光らせる回路を作ります。そのなかで有名なのが、非安定マルチバイブレータ回路です。
コンデンサ、抵抗、トランジスタとLEDで構成できる回路で、アナログ回路で作れる発振回路になります。
抵抗値やコンデンサの容量を変えることで、周期を変えることができます。
今回は、まず二つのLEDを交互に光らせる回路を作りましょう。
・今回使用する主な部品
①抵抗
抵抗は、電流の量を調節できる部品です。この回路では、LEDの明るさの制限や、コンデンサに流す電流量の調節に使います。
②コンデンサ
コンデンサは、電気を一時的に蓄える部品です。空のコンデンサに電流を流すと、中に電荷がたまっていき、電圧が上がっていきます。コンデンサの容量(静電容量F;ファラド)が大きいほど貯められる電荷量が大きいため、同じ電流量であれば満タンになるまで時間がかかります。今回の回路ではこの仕組みを使って、交互に光らせる速さを決めています。
③トランジスタ
トランジスタは、三つの端子を持つ半導体で、それぞれ左からE(エミッタ)、C(コレクタ)、B(ベース)といいます。簡単にいうと、ベースに電流を流したら、コレクタ→エミッタ間が導通し、電流を流せる部品です。厳密に言うと、ベースに0.6V以上の電圧を印可しようとすると、コレクタ→エミッタの方向に、ベース電流のhfe倍(直流電流増幅率)のコレクタ電流が流れます。
④LED
LEDは、一定以上の電流を流すことで光る部品です。ダイオードの一種なので、流す方向が決まっており、端子の長いアノードからカソードへ流れます。
LEDを交互に光らせる回路
1図がLEDを交互に光らせる回路です。この回路は、D1,D2のLEDをおよそ1秒毎に交互に点滅させます。詳細な説明はコラムでしますが、ここでまず覚えてほしいのが、どの部品の数値を変えると、どうなるかということです。この回路は、LED毎に点灯する速度を決めることができます。D1の速度を決めるのが、R2の抵抗値とC2の容量です。R2の抵抗値を増やす、またはC2の容量を増やすことで、D1の点灯時間が長くなります。もちろん減らせば早くなります。同じように、D2の点灯時間は、R3の抵抗値、C1の容量で決まります。なので、D1側のCR,D2側のCRの値がお互い同じであれば、両者の点灯時間は同じになります。
さっそく作ってみよう
それではさっそく、ブレッドボードで配線していきましょう。
用意したブレッドボードは、秋月電子で販売されている30列のものです。
この大きさのブレッドボードであれば、なんでも使えます。あとは、配線用のジャンパピンと単三2本用の電池BOXです。
次に、LEDの端子を処理します。LEDは端子の長さが違うため、写真8のようにラジオペンチで曲げます。端子の長さを写真9のように揃えたらブレッドボードに差し込みます<写真10>。
トランジスタは、回路図の通り左右対称に配線したいので、写真11のように左側を表向き、右側を後ろ向きに差し込みました。また、トランジスタのエミッタ(正面右側)を、青いマイナス側につなぎます<写真12>。
電解コンデンサには極性(+やー)があります。端子の長さが違うので、ラジオペンチで曲げて長さをそろえましょう。写真14のように電解コンデンサのマイナス極を内側に向けて差し込み、R2,R3(10kΩ)を差し込み回路は完成です。
最後に、プラス側のライン(赤)に電池のプラス極(赤)を、マイナス側のライン(青)に電池のマイナス極(黒)をつないで完成です。
LEDの点滅速度を変えてみよう
①コンデンサの容量を変えてみよう
それでは、次にコンデンサの容量を10倍に増やしてみましょう。
時定数もかなり伸びるので、点滅速度が遅くなるはずです。
②抵抗値を変えてみよう
抵抗値を増やしても、点滅速度を遅らせることができます。
左図の回路の場合は、変える箇所はR2とR3の抵抗です。
今回使用した部品
今回使用した部品を下記に示します。ぜひチャレンジしてください。
ブレッドボードは部品表に乗っていませんので別途調達してください。
記号 | 部品名 | 部品の内容 | 使用数[個] | 購入数[袋] | 価格(円) | 店舗名 | 通販サイト | データシート | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
□ | BAT | 電池BOX | 単三2本用 | 1 | 1 | 50 | 秋月電子通商 | 通販リンク | – |
□ | R1,R4 | 抵抗 | 51Ω 1/4W | 2 | 1 | 100 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |
□ | R2,R3 | 抵抗 | 10kΩ 1/4W | 2 | 1 | 100 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |
□ | R2,R3 | 抵抗 | 100kΩ 1/4W | 2 | 1 | 100 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |
□ | C1,C2 | コンデンサ | 47μF35V | 2 | 1 | 10 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |
□ | C1,C2 | コンデンサ | 470μF35V | 2 | 1 | 40 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |
□ | D1,D2 | LED | 5mm 赤 | 2 | 2 | 40 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |
□ | Q1,Q2 | トランジスタ | 2SC1815(20個入り) | 2 | 1 | 100 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |
□ | BAT | 乾電池 | 単三電池(4個入り) | 1 | 1 | 80 | 秋月電子通商 | 通販リンク | データシート |