アトメル社のAVRマイコンをつかった電子工作および無線を使った電子工作を紹介します。
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基礎回路集
ＬＥＤ点灯回路
Ｒの抵抗値の決定
左記の回路でＲの値の計算をします。
５Ｖ＝ＶＲ ＋ Ｖｆ
ＶＲ＝Ｉ Ｘ Ｒ
上記２つの式からＲを計算すれば良いわけですが、まずは、Ｖｆを導き出す必要があります。
左記の回路でＲの値の計算をします。
５Ｖ＝ＶＲ ＋ Ｖｆ
ＶＲ＝Ｉ Ｘ Ｒ
上記２つの式からＲを計算すれば良いわけですが、まずは、Ｖｆを導き出す必要があります。
| 条件 | 標準 | 最大 | |
|---|---|---|---|
| 順方向電圧 | Ｉｆ＝２０ｍＡ | １．９Ｖ | ２．４Ｖ |
| 最大順方向電流 | ５０ｍＡ |
カタログから順方向電圧Ｖｆ＝１．９Ｖ（標準）とすると上記の式は
５Ｖ＝Ｉ Ｘ ＶＲ ＋ Ｖｆ ＝ ５Ｖ＝Ｉ Ｘ Ｒ ＋ １．９Ｖ
Ｒ＝（５Ｖ－１．９Ｖ）／Ｉ＝３．１Ｖ／Ｉ
Ｉは最大順方向電流を超えない範囲で選べばよいので２０ｍＡとしますと
Ｒ＝３．１Ｖ／２０ｍＡ＝１５５Ωとなります。
計算値に一番近い抵抗値は１５０Ω（Ｅ２４系列）です。順方向電圧が最大値の場合は以下となります。
最大順方向電流を超えないことを確認しておきます。
Ｉ＝（５Ｖ－２．４Ｖ）／Ｒ＝２．６Ｖ／１５０Ω＝１７ｍＡ
最小値はカタログに記載されていませんが順方向電流を２０ｍＡと最大順方向電流の１／２以下ですので問題となりません。
ＬＥＤ消費電流を削減するために抵抗Ｒを大きくする場合は抵抗を大きくしていくとＬＥＤが暗くなってきますので使用環境でＬＥＤの光具合を確認しておきます。
太陽光が当たる場所で抵抗値を大きくして消費電流を削減する場合は光具合を確認しておかないと点灯しているかどうかわからないということもおこります。
５Ｖ＝Ｉ Ｘ ＶＲ ＋ Ｖｆ ＝ ５Ｖ＝Ｉ Ｘ Ｒ ＋ １．９Ｖ
Ｒ＝（５Ｖ－１．９Ｖ）／Ｉ＝３．１Ｖ／Ｉ
Ｉは最大順方向電流を超えない範囲で選べばよいので２０ｍＡとしますと
Ｒ＝３．１Ｖ／２０ｍＡ＝１５５Ωとなります。
計算値に一番近い抵抗値は１５０Ω（Ｅ２４系列）です。順方向電圧が最大値の場合は以下となります。
最大順方向電流を超えないことを確認しておきます。
Ｉ＝（５Ｖ－２．４Ｖ）／Ｒ＝２．６Ｖ／１５０Ω＝１７ｍＡ
最小値はカタログに記載されていませんが順方向電流を２０ｍＡと最大順方向電流の１／２以下ですので問題となりません。
ＬＥＤ消費電流を削減するために抵抗Ｒを大きくする場合は抵抗を大きくしていくとＬＥＤが暗くなってきますので使用環境でＬＥＤの光具合を確認しておきます。
太陽光が当たる場所で抵抗値を大きくして消費電流を削減する場合は光具合を確認しておかないと点灯しているかどうかわからないということもおこります。
抵抗値標準数
抵抗はどんな値でも入手できるのではなく飛び飛びの値となっています。余り特殊な数値ですと入手が困難となります。以下の表から選択するのが良いです。Ｅ１２またはＥ２４から選択しておけば入手性に余り困難は生じないと思います。
| Ｅ６ | Ｅ１２ | Ｅ２４ | Ｅ６ | Ｅ１２ | Ｅ２４ | Ｅ６ | Ｅ１２ | Ｅ２４ | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | 100 | 100 | 240 | 560 | 560 | |||||
| 110 | 270 | 270 | 620 | |||||||
| 120 | 120 | 300 | 680 | 680 | 680 | |||||
| 130 | 330 | 330 | 330 | 750 | ||||||
| 150 | 150 | 150 | 360 | 820 | 820 | |||||
| 160 | 390 | 390 | 910 | |||||||
| 180 | 180 | 430 | ||||||||
| 200 | 470 | 470 | 470 | |||||||
| 220 | 220 | 220 | 510 |
トランジスタスイッチ回路
トランジスタをスイッチとして使用
Ｒ１を十分なＩＣを流せられる抵抗値に設定することでトランジスタは飽和領域で使用できますのでスイッチとして使用できます。飽和領域はコレクタ－エミッタ間電圧が０Ｖに近くなる状態です。では、どの位にＲ１を設定すれば良いかを以下で計算しその後実験してみます。
Ｒ３は「１．ＬＥＤ点灯回路」で示した計算で求めます。従って、Ｒ３＝１５０Ω。
トランジスタＴｒ１に流れる時に電圧が生じますが十分にＩｃを流せるＲ１の値を選定することで０．１Ｖ程度にすることができるので無視します。多少ＬＥＤに流れる電流が変わっても目に見えるほど明るさが変わらないからです。
Ｉｃ＝ｈＦＥ Ｘ Ｉｂ
Ｉｂ＝（＋５Ｖ－０．６Ｖ）／Ｒ１ Ｒ２＞＞Ｒ１とすることでトランジスタに流れる電流はほぼＩｂとすることができます。
ＶＢＥ＝０．６Ｖとしています。
Ｒ１を十分なＩＣを流せられる抵抗値に設定することでトランジスタは飽和領域で使用できますのでスイッチとして使用できます。飽和領域はコレクタ－エミッタ間電圧が０Ｖに近くなる状態です。では、どの位にＲ１を設定すれば良いかを以下で計算しその後実験してみます。
Ｒ３は「１．ＬＥＤ点灯回路」で示した計算で求めます。従って、Ｒ３＝１５０Ω。
トランジスタＴｒ１に流れる時に電圧が生じますが十分にＩｃを流せるＲ１の値を選定することで０．１Ｖ程度にすることができるので無視します。多少ＬＥＤに流れる電流が変わっても目に見えるほど明るさが変わらないからです。
Ｉｃ＝ｈＦＥ Ｘ Ｉｂ
Ｉｂ＝（＋５Ｖ－０．６Ｖ）／Ｒ１ Ｒ２＞＞Ｒ１とすることでトランジスタに流れる電流はほぼＩｂとすることができます。
ＶＢＥ＝０．６Ｖとしています。
| ｈＦＥランク | 最小 | 最大 |
|---|---|---|
| Ｏ | ７０ | １４０ |
| Ｙ | １２０ | ２４０ |
| ＧＲ | ２００ | ４００ |
| ＢＬ | ３５０ | ７００ |
ｈＦＥランクＹを使用すると
ＩＣ＝ｈＦＥ Ｘ Ｉｂより
Ｉｂ＝ＩＣ／ｈＦＥ＝２０ｍＡ／７０＝０．３ｍＡ
Ｉｂ＝（＋５Ｖ－０．６Ｖ）／Ｒ１より
Ｒ１＝（＋５Ｖ－０．６Ｖ）／０．３ｍＡ＝１５ｋΩ
１５ｋΩよりも小さい値とします。
Ｒ２は１００ｋΩとしておきます。（無くとも動作します。）
［実験］
求めてきた抵抗値をつかって実験した結果を以下に示します。
実験結果からすると上で求めたＲ１の値の１／１、１／２、１／１５で余り大きな違いは見られません。
このことから、ＩＣの倍の電流が流れることができるＲ１の値を見ておけば十分といえます。
ＩＣ＝ｈＦＥ Ｘ Ｉｂより
Ｉｂ＝ＩＣ／ｈＦＥ＝２０ｍＡ／７０＝０．３ｍＡ
Ｉｂ＝（＋５Ｖ－０．６Ｖ）／Ｒ１より
Ｒ１＝（＋５Ｖ－０．６Ｖ）／０．３ｍＡ＝１５ｋΩ
１５ｋΩよりも小さい値とします。
Ｒ２は１００ｋΩとしておきます。（無くとも動作します。）
［実験］求めてきた抵抗値をつかって実験した結果を以下に示します。
実験結果からすると上で求めたＲ１の値の１／１、１／２、１／１５で余り大きな違いは見られません。
このことから、ＩＣの倍の電流が流れることができるＲ１の値を見ておけば十分といえます。
| Ｒ１［ｋΩ］ | 電源電圧［Ｖ］ | Ｒ３［Ω］ | ＩＣ［ｍＡ］ | ＶＣＥ［ｖ］ | Ｖｆ［Ｖ］ | ＶＢＥ［Ｖ］ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| １５ | ５ | １５０ | １８．４ | ０．１６ | ２．１ | ０．７５ |
| ７．５ | ５ | １５０ | １８．８ | ０．１１ | ２．１ | ０．７６ |
| １ | ５ | １５０ | １９．１ | ０．０５ | ２．１ | ０．８ |
オペアンプ基本回路
反転増幅回路
Ｖｏｕｔ＝Ｒ２／Ｒ１ Ｘ Ｖｉｎ
非反転増幅回路
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１ Ｘ Ｖｉｎ
ボルテージフォロアー
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ
差動増幅回路
Ｒ１＝Ｒ３Ｒ２＝Ｒ４
のとき
Ｖｏｕｔ＝Ｒ２Ｘ（Ｖｉｎ２－Ｖｉｎ１）／Ｒ１
