プロジェクトで抵抗を使用する方法

抵抗は不確かです… 電圧を電流で割ったもの

メーカー ツールキットには、必須のメーカー ツールの中核となるセレクションが含まれています。 これなしでは仕事ができないツール。 ブレッドボード、はんだごて、LED は重要ですが、抵抗器はプロジェクトが依存する小さなコンポーネントです。

Raspberry Pi、Raspberry Pi Pico、Arduino など、どのボードを選択しても、LED を保護し、電圧を分割し、回路に正確な値を提供するために抵抗が必要です。 しかし、それらは何をするのでしょうか、なぜそれらが必要なのでしょうか、そして正しい値を持っていることをどのように確認できるのでしょうか? そのためには、少し計算をし、いくつかのデータシートを参照する必要があります。

このリファレンスでは、抵抗とは何か、その役割を説明し、次のプロジェクトに適切な抵抗を選択する方法を説明します。

抵抗器は、回路に電気抵抗を導入する部品です。 通常、これらは回路内の電流の流れを減らすために使用されます。たとえば、LED とともに使用すると、LED が過剰な電流を消費するのを防ぎます。

抵抗器のない LED はすぐに切れてしまいます。 抵抗は、回路内の電圧を下げる便利な回路である分圧器を作成するためにも使用できます。 各メーカーのキットにはいくつかの抵抗が含まれています。 これらは弾帯ストリップで提供され、1 個のパックまたは数千個のパックで購入できます。

抵抗の最も基本的な用途は、コンポーネントが過剰な電流を消費するのを防ぐことです。 LED（発光ダイオード）を例に考えてみましょう。 LED は、一方向に電流を流し、動作中に少量の光を生成するように設計されています。 LED に必要なだけ電流を与えると、LED は明るく点灯しますが、すぐに切れてしまいます。 場合によっては、一度に多すぎる電流を流すと、LED が「ポップ」して消えてしまうこともあります。

次の計算を使用して、正確な抵抗値を決定できます。

R は抵抗値、Vs は電源電圧、Vf は順電圧 (コンポーネントが必要とする量)、If は順電流です。

これを実践してみましょう。 青色 LED を 5V 電源に接続しています。 LED の順電圧は 3.2V で、必要な電流は約 10mA です。 したがって、計算は次のようになります。

これは、R の値が 180 オームであることを意味します。 標準シリーズの抵抗では、この正確な値を使用することも、代わりに 150 または 220 オームの抵抗を選択することもできます。 基本的なタスクの場合、正確な値は必須ではありませんが、専門用/産業用または高精度デバイスの回路を設計する場合は、正確な値を使用する必要があります。 正確な値は、コンポーネントのデータシートまたは選択したストアの製品ページで確認できます。

ほとんどの愛好家/メーカーのアプリケーションでは、私たちが持っている最も近い値を選択できます。 LED には 220 / 330 オームの抵抗器が好まれます。

抵抗は、GPIO ピンをプルアップまたはプルダウンするために使用することもできます。 プルアップ抵抗は、電源をピンに接続することによってピンを High に引き上げます。 プルダウン抵抗はピンを GND にプルダウンします。 DHT22 温度センサーを備えた 10K オームの抵抗を使用して、3.3V 電源を使用してデータ ピンを High に引き上げました。

抵抗を使用して、あるレベルから別のレベルに電圧を降下させることもできます。 これは分圧器と呼ばれ、電圧を変化させるためにポテンショメータで一般的に使用されます。

分圧器を作成するには、次の式を使用する必要があります。

Vout は必要な電圧です。

Vin は入力電圧です。

R1 は最初の抵抗の値です。

R2 は 2 番目の抵抗の値です。

したがって、分圧器では 5V の入力電圧を約 3.3V に変換したいと考えています。 このプロセスは、HC-SR04 などのコンポーネントのロジック電圧を変更する必要がある場合によく使用されます。 HC-SR04 超音波距離センサーは元々 5V ロジックを使用していたため、音が物体で反射したときにアクティブになるエコー ピンは GPIO に 5V を送信します。

Arduinoの場合はこれでOKです。 Raspberry Pi の場合、ピン、さらには Pi が損傷する可能性があります。 2 つの抵抗、R1 が 1K オームの抵抗 (上) と R2 が 2.2K オームの抵抗 (下) を使用して、分圧器を作成しています。 R1 と R2 の脚はブレッドボードの同じ列に入ります。 R1 には 5V を供給し、R2 には GND に接続します。 R1 と R2 の脚が交わる部分が出力電圧で、これは 3.4375V であり、3.3V GPIO の許容範囲内に十分収まります。

計算は、R1 と R2 を加算し (1000 + 2200 = 3200)、次に R2 の値をこれで除算し (2200 / 3200 = 0.6875)、最後に入力電圧を乗算します (5 8 0.6875 = 3.4375V)。

抵抗器には軸の周りに色の帯があります。 抵抗のカラーコードをデコードする方法については詳細な記事がありますが、以下では最初のプロジェクトに適した簡単な説明を示します。

これらのバンドは、抵抗の値を識別するために使用できるコード システムです。 バンドは 4 つ、5 つ、6 つありますが、最も一般的なのは 4 つです。 実際、4 つのバンド抵抗が最も読みやすいです。

この抵抗を例に挙げてみましょう。 バンドは抵抗器に印刷されていますが、最終的なバンドである公差は、抵抗器の端にある「膨らみ」の 1 つに印刷されています。 最初のバンドが黄色で、2 番目のバンドが紫であることがわかります。 これにより、値は 47 になります。3 番目のバンドは乗数で、この場合は赤が 100 です。計算すると、47 x 100 = 4700 となります。一般に 4.7K オーム抵抗と呼ばれる 4700 オームの抵抗があります。 。 最後の帯域は許容値です。 当社の許容範囲は金で、これは 5% の許容差があることを意味し、4.7K オーム値を 5% 上回るか下回る可能性があります。

5 つのバンド抵抗により精度が向上し、追加の 3 番目の桁を使用して精度を調整します。 同じ 4.7K オーム抵抗器の 3 番目のバンドは黒になり、これはゼロを指します。 4 番目のバンドは乗数、5 番目のバンドは許容値です。

この表は、4 つおよび 5 つのバンド抵抗に適用できるクイック リファレンスを提供します。

場合によっては、カラーコードによって抵抗を正しく識別することが難しい場合があります。 古い、破損している、または正しく印刷されていない可能性があります。 その場合は、マルチメーターを使用して抵抗をチェックできます。

マルチメーターはメーカーにとって不可欠なツールです。 他の機能の中でも、マルチメーターは電圧、電流を測定し、回路内の導通をチェックできます。 一般的なマルチメーターには、自動レンジと手動の 2 つがあります。 自動レンジ設定では、読み取り値を検出して範囲内に収めようとします。 手動の場合は範囲​​を設定する必要があります。

1.ダイヤルをΩ（オーム）記号まで回し、電源ボタンを押します。ダイヤルを回すと電源がオンになるマルチメーターもあれば、電源ボタンが付いているマルチメーターもあります。

2.抵抗器の 1 本の脚を 1 本のプローブに巻き付けます。抵抗には極性がないので、どちらの足をプローブに接続しても構いません。

3.もう一方の脚を残りのプローブに巻き付けます。

4.画面から値を読み取ります。測定する前に、落ち着くまで少し時間を置いてください。

1.ダイヤルを Ω (オーム) 記号まで回して、最低範囲を選択します。 電源ボタンを押します。

2.抵抗器の 1 本の脚を 1 本のプローブに巻き付けます。抵抗には極性がないので、どちらの足をプローブに接続しても構いません。

3.もう一方の脚を残りのプローブに巻き付けます。

4.画面から値を読み取ります。測定する前に、落ち着くまで少し時間を置いてください。

5.読み取り値が OL または文字化けしている場合は、安定した値が表示されるまで 1 つの範囲を上げます。これは、測定値が範囲外であり、通常は使用した手動設定よりも高いことを知らせようとするマルチメーターです。

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Les Pounder は、Tom's Hardware の副編集者です。 彼はクリエイティブ テクノロジストであり、7 年間にわたり、老若男女の心を教育し、インスピレーションを与えるプロジェクトを立ち上げてきました。 彼は Raspberry Pi Foundation と協力して、教師向けトレーニング プログラム「Picademy」を作成し、提供してきました。

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