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
yamazaki@he.kanagawa-it.ac.jp
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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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!
6/26

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
NJM7805
1
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
NJM7805
1
2
3
0.1μF0.33μF
VOUTVIN
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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
13/26
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
16/26
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

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𝑉 𝑜𝑢𝑡 ]
(1) スイッチSW1を押したとき
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 0
𝑉 𝑜𝑢𝑡 =
𝑅2
𝑅1+𝑅2
𝑉
(3) スイッチを押さないとき（オープン）
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 （プルアップされている状態）
抵抗分圧回路のしくみ
R1R2
V
R1
V
R1R2
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 = 𝑅1 𝑖 = 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 = 𝑅1 𝑖 =
𝑅1
𝑅1 + 𝑅2
𝑉
③抵抗𝑅1の端子間電圧
𝑉1 = 𝑅2 𝑖 =
𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
𝑉
出力端子電圧𝑉 𝑜𝑢𝑡
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𝑉 𝑜𝑢𝑡 ]
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 0
𝑉 𝑜𝑢𝑡 =
𝑅2
𝑅1+𝑅2
𝑉
𝑉 𝑜𝑢𝑡 =
𝑅2+𝑅3
𝑅1+𝑅2+𝑅3
𝑉
𝑉 𝑜𝑢𝑡 =
𝑅2+𝑅3+𝑅4
𝑅1+𝑅2+𝑅3+𝑅4
𝑉
(5) スイッチを押さないとき（オープン）
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 （プルアップされている状態）
R1
R2 R3 R4
出力端子電圧
𝑉 𝑜𝑢𝑡
SW1
SW2
SW3
SW4
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。
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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
𝑉 𝑜𝑢𝑡
SW1
SW2
SW3
SW4
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-YAM-001ver1.1,2015)
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
23/26

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]
25/26
[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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