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ロボット技術研究会回路講習会2017-2

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東京工業大学ロボット技術研究会で行われている回路講習会2017の資料です

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ロボット技術研究会回路講習会2017-2

  1. 1. 平成29年度 東京工業大学ロボット技術研究会 回路講習会② 日時:平成29年5月18日(木) 17:00~20:00 場所:S221 講義担当者: @Msymng
  2. 2. 第2回 全内容 1. 宿題(トランジスタ)の解説 2. はんだ付け 3. はんだ付けに必要なもの 4. はんだ付けをする前に 5. はんだ付けのやり方<基板 の裏のはんだ付け> 6. はんだ付けのやり方<導線 のはんだ付け> 7. イモはんだとテンプラはんだ 8. はんだごてを使い終わったら 9. はんだ付けの練習 10. テスター 11. テスターの使い方1<導通テ スト> 12. テスターの使い方2<抵抗値 を測る> 13. テスターの使い方3<電圧を 測る> 14. テスターの使い方4<電流を 測る> 15. やってはいけないこと 16. 故障かな?と思ったら 17. マイコン 18. マイコンとICの違い 19. マイコン使用時の注意 20. マイコンの紹介1<PIC> 21. マイコンの紹介2<Arduino > 22. Arduinoの言語 23. 環境づくり 24. 用意するもの 25. 電源装置の使い方 26. 電源装置の注意 27. 電源回路 28. 欲しい電圧を作る 29. 三端子レギュレータICを使う 30. 三端子レギュレータIC 31. 低損失レギュレーター 32. 充電式電池 33. リチウム型の電池について 34. 部室のバッテリー 35. 宿題(マルチバイブレータ) 2
  3. 3. 第2回 目次 1. 宿題の解説 2. はんだ付け 3. テスター 4. マイコン 5. 電源回路 6. 宿題 3 ※クリックするとそのページにジャンプします.
  4. 4. 第2回 目次 1. 宿題の解説 2. はんだ付け 3. テスター 4. マイコン 5. 電源回路 6. 宿題 4 1. トランジスタ増幅 ※クリックするとそのページにジャンプします.
  5. 5. 宿題の解説 ⚫ 触るとLEDが光れば正解! ⚫ 人間の体は約60%が水分. →電気を通す ⚫ だいたい5MΩくらいの抵抗と みなせる.(人によってかなり 違う) 5V 5MΩ =1μA 程度電流が流れた. 5
  6. 6. 第2回 目次 1. 宿題の解説 2. はんだ付け 3. テスター 4. マイコン 5. 電源回路 6. 宿題 6 1. はんだ付け 2. はんだ付けに必要なもの 3. はんだ付けをする前に 4. 基板の裏のはんだ付け 5. 導線のはんだ付け 6. イモはんだとテンプラはんだ 7. はんだ付けが終わったら 8. はんだ付けの練習 ※クリックするとそのページにジャンプします.
  7. 7. はんだ付け ⚫ はんだ ◆ 鉛とスズを主成分とする合金.低い温度で溶ける. ⚫ 金属で部品と部品を接着する. ◆ 電気的に導通している. 7
  8. 8. はんだ付けに必要なもの(1) 1. はんだごて ◆ 種類はいろいろある.主にW数と小手先の温度をみて選ぼう. ◆ セラミックヒーターのものがおすすめ. ◆ W数は,20Wくらいで,温度は300℃くらいでよい. ◆ 温度調節機能を持ったものもあって,かなり使いやすい.(4000円く らい) 2. はんだ ◆ ヤニ入りはんだと書いてあるものが良い.ヤニとは,はんだを付きや すくするもの. ◆ はんだには鉛入りはんだと鉛なしはんだがあるが,初心者は鉛入り はんだを使おう. 8
  9. 9. はんだ付けに必要なもの(2) 3. はんだこて台 と クリーナー ◆ はんだごての先が汚れたときに 4. はんだ吸い取り線 と はんだ吸い取り器 ◆ 余分なはんだを吸い取って除く 9 クリーナー
  10. 10. はんだ付けに必要なもの(3) 5. ラジオペンチ と ニッパ ◆ ものをつかんだり切ったり.電子工作必需品. 6. ワイヤストリッパ ◆ 導線の皮むきに使用する便利アイテム. なくてもよい. 7. ピンセット ◆ あると便利.なくてもよい. 8. 養生テープ ◆ 基板や部品を一時的に固定するのに便利.なくてもよい. 10
  11. 11. はんだ付けをする前に 1. 机の上にA4サイズくらいの紙を1枚敷いておく. →はんだが机に垂れることがあるから.紙が1枚あるだけで机は 汚れない. 2. こて台のクリーナースポンジに水をさしておく. 3. はんだこては温まるまでに3~5分ほどかかるので待つ. 11
  12. 12. はんだ付けのやり方 <基板の裏のはんだ付け> 1. 基板の穴に部品を差す.部品の足はまだ切らない. 2. 裏側の足を少し曲げたり,養生テープを使って部品を固定する. 3. 右手にはんだごて,左手にはんだを持つ. 4. まず,はんだごてを部品に当てて,部品を2秒くらい温める. 5. はんだごてを部品に当てたまま,はんだをこて先に当てる→溶 ける. 6. 液体になったはんだがしっかり満たされたらまずはんだを、次に こてをはなす. 7. 部品の足を適当な長さで切る. 12
  13. 13. はんだ付けのやり方<導線のはんだ付け> 1. ワイヤストリッパまたはカッターナイフで,導線の皮むきをする. 2. 基板の裏のはんだ付けの時と同じ要領でまず導線にはんだ を満たす. 3. 導線をつけたい場所(導線や基板など)にもはんだを満たす. これらを予備はんだという. 4. 右手にはんだごて,左手に導線を持って,導線をつけたい場 所につける. 5. はんだごてを当てて,双方のはんだを溶かして接着する. ポイント:くっつける双方にあらかじめはんだを満たすことが重要. 13
  14. 14. イモはんだ と テンプラはんだ ⚫ イモはんだ ◆ 部品の足にだけはんだがついている が,基板にはんだがついていない. ⚫ テンプラはんだ ◆ 基板にははんだがついているが,部 品の足にはんだがついていない. ⚫ はんだごてで温める時間が足りな い. ⚫ 部品がグラグラしていないか確か める. 14 基板の穴 部品の足 はんだ 部品面 はんだ面 イモはんだ ついてない 基板(断面) 基板の穴 部品の足 はんだ 部品面 はんだ面 テンプラはんだ ついてない 抜ける 基板(断面)
  15. 15. はんだこてを使い終わったら 1. はんだこての先がさびないように,こて先にははんだを少 しつけておく.(ハンダメッキという) 2. コンセントからプラグを抜いて,冷めるのを待つ. 3. 邪魔なコードは束ねておく. 共用の作業場は,きれいに使いましょう. 15
  16. 16. はんだ付けの練習 ⚫ ユニバーサル基板 の裏に,スズめっき 線を配線する.90度 を意識しながら… ⚫ スズめっき線とは基 板の裏で配線する 銀色の電線のこと. 16
  17. 17. 第2回 目次 1. 宿題の解説 2. はんだ付け 3. テスター 4. マイコン 5. 電源回路 6. 宿題 17 1. テスター 2. 導通のテスト 3. 抵抗値を測る 4. 電圧を測る 5. 電流を測る 6. 部室の電子領域 7. 故障かな?と思ったら ※クリックするとそのページにジャンプします.
  18. 18. テスター 1. 導通のテスト 2. 抵抗値を測る 3. 電圧を測る 4. 電流を測る 5. その他機能 18
  19. 19. テスターの使い方1<導通のテスト> ⚫ テスタのダイヤルを音が出るマークにする. ⚫ 黒のテスタリードを「COM」の穴に,赤のテスタリードを 「Ω」の穴に差す. ⚫ 赤と黒のテスタリードを調べたい箇所に当てる. ◆ 導通していれば「ピー」と音が鳴るので,テスター画面を見ずに チェックできる ⚫ 回路が完成したら,電源をつなぐ前に,電源入力端子の +,-に当てて,ショートしていないか確かめよう. 19
  20. 20. テスターの使い方2<抵抗値を測る> ⚫ テスターのダイヤルを回路図の抵抗記号や「Ω」 のところへ設定する. ⚫ マニュアルレンジ(測れる抵抗値の範囲がいくつかに分か れているもの)の場合は,適当なレンジを選ぶ.全く見当 がつかないときは順番にやる. ⚫ 赤と黒のテストリードを測りたい場所に当てる. 20
  21. 21. テスターの使い方3<電圧を測る> ⚫ テスターのダイヤルを「V」のところへ設定する. ◆ DCとACがあるので適切な方を選ぶ.普通はDC. ⚫ マニュアルレンジ(測れる電圧の範囲がいくつかに分かれ ているもの)の場合は,適当なレンジを選ぶ.全く見当が つかないときは大きい方から順番にやる. ⚫ 赤と黒のテストリードを測りたい場所に当てる. 21
  22. 22. 電圧を測る ⚫ 並列につなぐ ⚫ 電位の高い方→赤いリード ⚫ 電位の低い方→黒いリード 22
  23. 23. テスターの使い方4<電流を測る> ⚫ テスタのダイヤルを5Aや10Aなど大きい電流に設定する.(mAじゃな い方) ⚫ 黒のテスタリードをテスターの黒い穴または「COM」に差す. ⚫ 赤のテスタリードは先ほどの5Aや40Aなどが書いてある方の赤い穴 に差す. ⚫ 測りたい場所を切断して,間にリードを挟み電流を測る. ⚫ 0Aと表示されるときは,ダイヤルを400mAなどの小さい電流に設定し て,テスタリードを400mAなどと書いてある方に差し替えて,また測る. 23 必ず,大きい方の電流設定から測ること.逆だとテスターが壊れます.
  24. 24. 電流を測る ⚫ 直列に挟む. ⚫ 電位の高い方→赤いリード ⚫ 電位の低い方→黒いリード 24
  25. 25. やってはいけないこと ⚫ テスターのダイヤルを電流にセットしたまま並列につなぐ (電圧を測ろうとする) ◆ 壊れる ⚫ レンジの値が小さいのに大きい電圧/電流を測ろうとする. ⚫ 導通チェックのダイヤルのときに電圧を測ろうとする 25
  26. 26. 故障かな?と思ったら ⚫ 電子係の人か,近くにいる先輩に報告してください.そのと きに,どの部分が故障の可能性があるのかを教えてくださ い. ⚫ テスター以外の備品も同様に,故障の可能性があったら, すぐに報告をお願いします. ⚫ みんな一度くらいは備品を壊します.それも勉強です. 26
  27. 27. 第2回 目次 1. 宿題の解説 2. はんだ付け 3. テスター 4. マイコン 5. 電源回路 6. 宿題 27 1. マイコン 2. マイコンとICの違い 3. マイコン使用時の注意 4. PICマイコン 5. Arduino 6. AVRマイコン ※クリックするとそのページにジャンプします.
  28. 28. マイコン ⚫ マイクロコンピュータまたはマイクロコントローラーの略. ◆ パソコンでいうCPUのこと ⚫ 主にC言語でプログラムを書き,その通りに動作してくれる. ◆ オリジナルの物ができる ⚫ 例 : PICマイコン,AVRマイコン,STMマイコン,LPCマイコン… 28
  29. 29. マイコンで出来ること ⚫ ピンの電圧を変える ◆ LEDを付けたりスイッチを入れたり出来る. ◆ 基本は0Vor電源電圧の2種類 ⚫ ピンの電圧を読む ◆ センサーの読み取りとかが出来る. ⚫ 計算する ◆ 足し算、引き算、条件分岐とか ⚫ 詳しくはマイコン講習会で 29
  30. 30. マイコン と IC(集積回路) の違い ⚫ IC(集積回路) ◆ よく使う回路を使いやすくまとめてある. ◆ 要するに,いちいちトランジスタとかで回路を組むのがめんどくさい からICを使う. ◆ 決まった動作しかできない. ⚫ マイコン ◆ プログラム次第でさまざまな動作をする. ◆ 自分の思うように動かすことができる. ◆ プログラムを書かないと何もできない 30
  31. 31. マイコン使用時の注意 ⚫ C言語をマイコンに書き込むときは,マイコンが読み取れ る言語(マシン語)に変換する必要がある. ⚫ それをコンパイルするという. ⚫ したがってコンパイラを入手する必要がある. ◆ 詳しくはC言語講習会、マイコン講習会で 31
  32. 32. マイコンの紹介1<PICマイコン> ⚫ PIC16F1827(ほかにもいろいろある) ⚫ Microchip社が製造している. ⚫ 秋月電子通商で買える. ⚫ 安い(130円くらい) ⚫ PICライターは部室にある. ⚫ この2つで開発できる(ググれば出てくる) ◆ MPLAB X IDE ◆ XC8 Compiler 32 PIC16F1827 PICライター(プログラム書き込み機)
  33. 33. マイコンの紹介2<Arduino> ⚫ 電子工作初心者向けのマイコンボード ⚫ 環境作りがとても簡単 ⚫ 結構有名 ⚫ 一番有名なもの : Arduino UNO Rev.3 ¥2,940 33
  34. 34. Arduinoの言語 ⚫ Arduino 独自の言語がある. ◆ C言語をもとに作られた.C言語がわかる人ならたいてい読める. ◆ 面倒な設定はすべて自動でやってくれる. ◆ 動作の部分だけ書けば,動いてくれる. ⚫ C++でも使える. 34
  35. 35. 環境づくり ⚫ GoogleでArduinoと検索する. ⚫ 公式サイトからインストーラーをダウンロード ⚫ インストール ⚫ 終了 ⚫ ドライバとか,面倒な設定はなにもいらない! ◆ 一部の環境では必要な場合あり 35
  36. 36. 用意するもの ⚫ Arduino本体 ⚫ USBケーブル Aオス⇔Bオス ⚫ ブレッドボード,ジャンパワイヤ ⚫ 動かしたいもの ◆ LED,スイッチ,モーター&モータードライバ などなど 36
  37. 37. マイコンの紹介3<AVRマイコン> ⚫ ATMega328P(ほかにもいろいろある) ⚫ Atmel社が製造している. – 2016年1月にAtmel社はMicrochip社に買収され、現 在では子会社である. ⚫ 秋月電子通商で買える. ⚫ Atmel Studio で開発. ⚫ AVRライターは部室にある. 37 ATMega328P AVRライター(プログラム書き込み機)
  38. 38. 第2回 目次 1. 宿題の解説 2. はんだ付け 3. テスター 4. マイコン 5. 電源回路 6. 宿題 38 1. 電源装置の使い方 2. 電源回路 3. 抵抗分圧 4. 三端子レギュレータ 5. 充電式電池 6. 部室のバッテリー ※クリックするとそのページにジャンプします.
  39. 39. 電源装置の使い方(部室にある大きいやつ) 1. 電源装置の電源を入れる. 2. 電圧のつまみを使用する値に 設定する. 3. 電流のつまみを少しだけ回す. 4. 赤と黒のケーブルで基板とつ なぐ. 5. OUTスイッチを入れて,電源を 供給する. 39 部室の電源装置 電圧つまみ
  40. 40. 電源装置の注意 ⚫ OUTスイッチを入れたとき,電源装置 の赤色LEDがついたら電流が流れす ぎなので,スイッチをすぐに切る. ⚫ 原因を確かめても赤が消えないならば, 電流のつまみを少し回す. ◆ もともと電流値が低く設定されていると, 赤く光る. 40
  41. 41. 電源回路 ⚫ 電子回路を動かすには電源が必要. ⚫ 電源装置は高いし,重いし,大きくて,使いにくい. ⚫ 電池は,電圧が安定しない. ◆ 電圧が不安定だとマイコンがちゃんと動かない. →電圧を安定させる回路を考える 41
  42. 42. 欲しい電圧を作る ⚫ 抵抗分圧 OUTPUT = R2 R1+R2 × VCC [V] ⚫ 難点 ◆ 取り出せる電流量が少ない. • 電源としては使えない ◆ VCCが不安定だったら,OUTPUTも不安定 42
  43. 43. 三端子レギュレータICを使う ⚫ 欲しい電圧より大きい電圧を入力すると,欲しい電圧を出 力してくれるIC. ◆ 降圧専用(電圧を下げる) ⚫ 足(電極)が3本なのでとても使いやすい. ⚫ ICによって出力電圧と電流が違うから,適切なICを選ぶ. ◆ よく使うものは決まっている 43
  44. 44. 三端子レギュレータIC ⚫ 一番よく使う三端子レギュレータIC:L7805CV ⚫ 入力電圧:7~20V 出力電圧:5V 44 Vin GND Vout
  45. 45. 三端子レギュレータIC ⚫ 動作のイメージ ◆ (電流)×(入出力の電圧差)が熱として出る 45 出 力 電 圧 入 力 電 圧 熱として消費 不安定な電圧
  46. 46. 三端子レギュレーターIC ⚫ 電源電圧は必要な電圧+2Vくらいは必要(5Vなら7V). ◆ 下回ると正常に動作しない ⚫ 発振することがあるので必ず入力側、出力側両方にコン デンサーを入れる. ◆ 発振するとマイコンの誤作動の原因となる.(最悪回路が燃える) ⚫ 必要に応じて放熱板を取り付ける. ⚫ 詳しい使い方などはデーターシートに書いてあるのでよく 読んでから使用する. 46
  47. 47. 低損失レギュレーター ⚫ いわゆる3端子レギュレーターは必要な電圧が高い. ◆ 電源電圧が低いと使えない. ⚫ 低損失レギュレーター(TA4805Sなど)を使えば必要な電圧 は下がる(+0.65Vくらいでよい) ◆ 無駄になるエネルギーも減る. ⚫ より発振しやすいのでより注意が必要. ⚫ 電源電圧と出力の差が大きいと使う意味がない. ◆ 差が大きいときは低損失でないものを使おう. 47
  48. 48. DCDCコンバーター ⚫ 3端子レギュレーターは無駄になるエネルギーが多い ◆ 電源電圧と出力の差が大きいと特に無駄が多い. ◆ 限られたエネルギーを有効に使いたい. ⚫ DCDCコンバーターはもっと効率的に必要な電圧を取り出せる. ⚫ 外付け部品が多いなど初心者には難しい面も. ◆ 今回はあまり詳しく扱わない. ⚫ 電子工作に慣れたら使ってみよう. ◆ データーシートを読めば使えるはず. 48
  49. 49. 充電式電池 ⚫ ニッケル水素電池 ◆ 割と安価で手に入り十分使える. ◆ メモリー効果があるため,使い切ってから充電しなければならない. ⚫ リチウムポリマー電池 ◆ 高価だがエネルギー密度が高く,パワーがある. ◆ メモリー効果はない. ◆ 誤った使い方をするとかなり危険なので,初心者は避けるべき. ⚫ 鉛蓄電池 ◆ とにかく安価で大容量の電池.しかし,重い.とても,重い. ◆ メモリー効果は全くないが,逆に過放電に弱い. ◆ 常に充電満タンを維持する使い方が好ましい. 49
  50. 50. リチウム系の電池について ⚫ リチウム系の2次電池は何種類か在り、程度の差はあるがど れも危険. ◆ 他の電池に比べてエネルギー密度が高いため. ⚫ 特に充電のときが最も危険なので充電中に目を離さない. ◆ 寝ている間、外出中に充電などは論外. ⚫ 持ち運ぶ際には、しっかり梱包すること. ◆ 何かあっても衝撃が直接加わらないようにして運ぶ. ⚫ しっかりと危険性を理解して使うこと. 50
  51. 51. 部室のバッテリー ⚫ 部室のバッテリーはだいたいニッケル水素型、公称7.2V. ⚫ バッテリーを借りるときは,バッテリーノートに必要事項を書く. ◆ 学年,名前,日付,借りるバッテリーの番号 ⚫ 返す時は,バッテリーを放電させてから,満充電にして返す. ◆ メモリー効果を防ぐため. ◆ 「放電器」を使おう. ◆ バッテリーノートに,返却日を記入.必要があれば備考欄も記入. ⚫ 詳しくは,バッテリー係に聞くこと. 51
  52. 52. 第2回 目次 1. 宿題の解説 2. はんだ付け 3. テスター 4. マイコン 5. 電源回路 6. 宿題 52 1. マルチバイブレータ ※クリックするとそのページにジャンプします. 目次に戻る
  53. 53. 宿題 ⚫ 非安定マルチバイブレー タ回路を作ろう. ⚫ ブレッドボードを使う. ⚫ 時間が余ったら, R3,R4,C1,C2の値を変え てみて,どのように変化す るか観察してみよう. 53

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