ものづくりプロジェクトI（その１）スイッチ入力のための電子回路

神奈川工科大学創造工学部

ホームエレクトロニクス開発学科

山崎洋一

[email protected]

ものづくりプロジェクトI

ものづくりのための電気電子回路入門第１回スイッチ入力のための電子回路

ホームエレクトロニクス開発学科山崎研究室 yamalab.com

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くらしをかえる

ものづくりを

学ぼう！


抵抗分圧回路によるスイッチ検出（ラジカセ）

信号線1本でスイッチ11個を検出

RX-DT75（Panasonic）スイッチ・センサ部

● ラジカセのスイッチとセンサ

● 抵抗分圧回路を利用したスイッチ検出


電圧の変化を利用して信号線１本で複数のスイッチ入力を検出 5/26


抵抗器（抵抗器： resistor / 抵抗：resistance ）

抵抗の種類

カラーコードの読み方

カーボン抵抗

抵抗器 … 電流の流れを抑制

主な用途

➩ ①電流を調整する

②電圧を分ける

③その他

0 1

2 3

4 5

6 7

8 9

0 1

2 3

4 5

6 7

8 9

x 1 x 10

x 10 2 x 10 3

x 10 4 x 10 5

x 10 6 x 10 7

± 5 % ± 10 %

可変抵抗（半固定）

可変抵抗（ポテンショ）

第１数字第２数字

誤差精度

桁

第１数字第２数字誤差精度桁

２ 0 k (×103) Ω ± 5 %

x 10 -1x 10 -2

x 10 8 x 10 9

Point!

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コンデンサ（コンデンサ：capacitor/静電容量：capacitance ）

コンデンサ… 電気を貯める

主な用途

➩ ①電圧を安定させる

②ノイズを取り除く

③信号を取り出す

セラミックコンデンサの容量値の読み方

セラミックコンデンサ

電解コンデンサ

コンデンサの種類

数字桁

pF33 ×104

= μF0.33

電解コンデンサのつなぎ方

帯に記載されている

＋－の記号で判断

Point!

+ +

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LED （Light Emitting Diode）

LED … 電流を流すと光る

主な用途

➩アノード（＋）からカソード（ー）に

電流を流すと発光する．抵抗が必要．

LEDのつなげ方

Point!

＋－

アノードanode

カソードcathode

左図の形状が

一般的

テスタを用いた赤色LEDのチェック方法

アノードを－端子（黒）側，

カソードを＋端子（赤）側に

接続すると発光する（のが一般的）。

（注）アナログテスタだとこの方法で

発光しますが，小型のデジタルテスタ

だと発光しません。なぜでしょう？）[OSR5JA5E34B]

LEDの例

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＋－

アノードanode

カソードcathode


三端子レギュレータ（three-terminal regulator）

三端子レギュレータ

… 電圧を一定値に降下させる

主な用途

➩電源部に用いる．入力電圧（VIN）を

出力電圧（VOUT）まで降下させる．

三端子レギュレータのつなげ方

Point!

[NJM7805FA]

三端子レギュレータの例

NJM78051

2

3

1 2 3

1. IN

2. GND

3. OUT

三端子レギュレータの参考回路

NJM78051

2

3

0.1μF0.33μF

VOUTVIN

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電気が見えますか？

電気のイメージポイント①

回路は水路，電荷は船，電流は電荷の流れ


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＋＋＋

電流＝電荷の流れ

回路

[イメージ]

水路

電流＝船の流れ

ロボイメージ

Point!

目に見えない電気を理解するにはイメージが大切です。

回路は水路，電荷は+の電荷を持つ船，電流は船の流れと

考えるとイメージしやすいで。

（ホンマは－の電荷を持つ電子が電流と逆方向に流れるんですが，イメージす

るときはおカタいことはいいっこなしや。）

電気のイメージポイント②

電池は電荷をくみ上げるポンプ


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－＋

起電力 V

低い高い

＋＋

＋くみあげた高さ

電圧 V ボルト

＝[電池はくみ上げるポンプのイメージ]

電池は電荷をくみ上げる

ポンプをイメージしてく

ださい。電荷をためる池

ではないんやで。

電圧はポンプが電荷をく

み上げた高さのイメージ

やな。

ロボイメージ

Point!

電気のイメージポイント③

コンデンサは電荷の船をためる係留施設

＋

＋＋－－プラマイゼロ＝電荷がたまっていない

－－＋

＋＋＋－－

＋

電荷がたまる

－－＋＋

電荷を運ぶ

高い

低い

イメージ

両極板には＋と－が同数ある


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ロボイメージ

Point!

コンデンサが電荷をためる

プールです。コンデンサに

電池につなげると，電荷が

移動して極板間に電荷がた

まるんや。

電荷が溜まるプール

※本当はマイナスの電荷が移動しているが，この方がイメージしやすい

電気のイメージポイント④

連続した導線の高さは同じ

どこも同じ電位

導線

同じ電位とは限らない

スイッチ抵抗

R

同じ電位とは限らない


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電気のイメージポイント⑤

抵抗は荒波水路


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＋＋＋

荒波でエネルギーロス

抵抗

[荒波水路のイメージ]

抵抗は荒波水路のイメージです。抵抗を通過す

ると荒波でエネルギーをロスしてしまうんやな。

力学ではロスしたエネルギー摩擦熱になるけど、

電気回路では、ロスしたエネルギーはジュール

熱になるんやで。

ロボイメージ

Point!

荒波水路でエネルギーロス

V R

電気のイメージポイント⑥

電気回路は一周するウォータースライダー


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電池で V 上がる（起電力）

抵抗で RI 下がる（電圧降下）

オームの法則 V＝R I の意味は

0 ＋ V － RI = 0

スタート

スタートの高さ

電池でＶ上がる

抵抗でＲI下がる

もとの高さにもどる

電気回路はウォータースライダーのイメージや。

電池でV上がって抵抗でRIだけ下がるんやな。

それがわかると

オームの法則はぐるっと回ってもとの高さにも

どることをあらわしているのがわかるな。

ロボイメージ

Point!

ウォータースライダー

zabun.mp4

zabun.mp4


抵抗分圧回路によるスイッチ検出（ラジカセ）


RX-DT75 スイッチ・センサ部

● スイッチを４つを用いた抵抗分圧回路

● 抵抗分圧回路を利用したスイッチ検出


電圧の変化を利用して信号線１本で複数のスイッチ入力を検出 17/26

[出力端子電圧𝑉𝑜𝑢𝑡 ]

(1) スイッチSW1を押したとき

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 0


𝑉𝑜𝑢𝑡 =𝑅2

𝑅1+𝑅2𝑉

(3) スイッチを押さないとき（オープン）

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 （プルアップされている状態）


抵抗分圧回路のしくみ

R1

R2

V

R1

V

R1

R2

V参考）電気回路の基礎（森北出版）, pp.19, 「3.5 直列抵抗による分圧」

②抵抗の端子間電圧

𝑉1 = 𝑅1𝑖 = 𝑉

①電流 𝑖 =𝑉

𝑅1

②電流 𝑖 =𝑉

𝑅1+𝑅2

③抵抗𝑅1の端子間電圧

𝑉1 = 𝑅1𝑖 =𝑅1

𝑅1 + 𝑅2𝑉

③抵抗𝑅1の端子間電圧

𝑉1 = 𝑅2𝑖 =𝑅2

𝑅1 + 𝑅2𝑉

出力端子電圧𝑉𝑜𝑢𝑡

SW1

SW2

● スイッチを用いた抵抗分圧回路

● 抵抗にかかる電圧 ● 直列抵抗による分圧

①合成抵抗

𝑅1 + 𝑅2

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(1)

(2)

(3)

● スイッチを４つを用いた抵抗分圧回路


抵抗分圧回路の例

[出力端子電圧𝑉𝑜𝑢𝑡 ]


𝑉𝑜𝑢𝑡 = 0


𝑉𝑜𝑢𝑡 =𝑅2

𝑅1+𝑅2𝑉


𝑉𝑜𝑢𝑡 =𝑅2+𝑅3

𝑅1+𝑅2+𝑅3𝑉


𝑉𝑜𝑢𝑡 =𝑅2+𝑅3+𝑅4

𝑅1+𝑅2+𝑅3+𝑅4𝑉

(5) スイッチを押さないとき（オープン）

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 （プルアップされている状態）

R1

R2 R3 R4

出力端子電圧

𝑉𝑜𝑢𝑡

SW

1

SW

2

SW

3

SW

4

電源電圧

𝑉

GND

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抵抗分圧回路の抵抗値と出力電圧比

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1 2 3 4 5

Vout/V

(1)SW1 (2)SW2 (3)SW3 (4)SW4 (5)オープン0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1 2 3 4 5

Vout/V

(1)SW1 (2)SW2 (3)SW3 (4)SW4 (5)オープン

0.25

0.25

0.25

0.25

● R1=R2=R3=R4=10 [kΩ]の例 ● 均等になるように抵抗値を調整した例

各出力電圧の比が0.25で均等になっている

（誤差に強い）

各出力電圧比が均等になっていない

多スイッチ入力を識別する抵抗分圧回路では，

出力電圧の比が均等になるように抵抗値を設定する。20/26


抵抗分圧回路

● スイッチを４つを用いた抵抗分圧回路課題１：

R1を10[kΩ] としたとき，各出力電圧

の比が均等になるように抵抗R2からR4

の値を定めなさい。ただし，各抵抗値

は下記のE24系の値から選択すること。

1 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6

1.8 2 2.2 2.4 2.7 3

3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1

5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1

[E24系の値]

※この値および，この値を×10nしたものを用いる。

使用できる抵抗器の例 … 1Ω，10Ω，120Ω など

使用できない抵抗器の例 … 4Ω ，5Ω ，90Ω など

R1

R2 R3 R4

出力端子電圧

𝑉𝑜𝑢𝑡

SW

1

SW

2

SW

3

SW

4

電源電圧

𝑉

GND

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抵抗分圧回路の設計と製作

ものづくりプロジェクト

1 (H

-Y

AM

-0

01

ver1

.1, 2

01

5)

➌ パターン図

➍ 3Dモデル

➎ 製作

➊ 回路図

➋ パーツリスト

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⓿ 試作


抵抗分圧回路の設計と製作

● 回路図 ● 実装図

チェック端子ピンヘッダ

ジャンパピン

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パーツリスト

番号品名数量価格小計

１

２

3

4

5

6

7

8

9

10

11

合計

課題2：パーツリストを作成し必要な金額を計算しなさい。

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パーツリストにもとづき部品をそろえ，抵抗分圧回路を作成しなさい。

製作・測定

課題３

ジャンパーピンを抜いた状態で，(1)SW1~(4)SW4，および(5)オープンの各状態

のチェック端子間電圧を測定し，表，およびグラフで示しなさい。また理論値と比較

しなさい。

課題３[発展]（余力があれば取り組むこと）

課題３での理論値と測定値の差に関して，抵抗の精度をふまえて検討しなさい。

課題４

ジャンパーピンを挿した状態で，(1)SW1~(4)SW4，および(5)オープン）の各状

態でLEDの点灯がどう変わるかをチェックしなさい。また、この結果からLEDが点灯

する電圧を予測しなさい。

[測定]

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[製作]


パーツ一覧

品名価格品名価格

基板（H-YAM001）

400円

基板（H-YAM002）

200円

三端子レギュレータ

40円

チェック端子

各 20円

セラミックコンデンサ

10円

ピンヘッダ

10円

LED

10円

ジャンパピン

10円

カーボン抵抗

各 10円

バッテリスナップ

20円

タクトスイッチ

10円

電池ボックス

60円

フォトリフレクタ

50円

乾電池 (9V)

100円

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