電子工作の基礎知識~IOTをマスターするための第一歩~

電子工作

なぜ、電子工作を勉強するのか?

これからは農業・養殖の分野でも確実にIOT(Internet of Things)が急速に導入されていきます。
IOTについての記事はこちら
ラズベリーパイIOTシステムとは?農業・養殖でどうすれば活用できるのか?

いま、私は農業や養殖のような一次産業にもIOTを導入できる「IOTエンジニア」になることを目指しています。
しかし、IOTをマスターするためには下記のような様々な知識が必要です。

具体的には、

・プログラミングスキル
(センサーやコンピューターを動かすため)
・ネットワーク構築スキル
(モノとネットを繋げるネットワークの構築やクラウドサービスの活用)
・電子工作の技術
(実際の測定機器の配線や組み立て、修理など)

が必要になってきます。

そして、これらの内容を細分化して実際にやるべきことを書き出していくと下記のような様々な疑問が無限に出てきます。
・プログラミングはどうやって学べばいいのか?
・プログラミング言語は何にすればいいのか?
・プログラミング初学者が選択する言語としてpythonでいいのか?
・ネットワークの構築ってどうやってやるのか?
・ネットワークの構築やAWSなどのクラウドはどうやって活用したらいいのか?
・電子工作ってなにを学んで何を作ればいいのか?

などなど。。。。。
わからないことばかりです(T_T)

ですが、IOTをマスターするためには1つ1つ地道にやっていくしかありません!
今回はIOTの初めの一歩として電子工作の基礎知識についてまとめていきます。

電気工作の基礎知識について

まずは電子工作で「何かを作りたい!」と思います。
しかし、電子工作といっても基礎知識がないとなにも作ることができません。
専門書を見て、いきなり回路図や専門用語を連発されても困ってしまいます。

そんな、私のような電子工作初学者のために最低限必要な電子工作の基礎知識をまとめました。(私自身は学んだことのアウトプットの場としてこのブログを活用していきます!)

「オームの法則」とは?

電気の基礎「オームの法則」!!
学生時代に習った記憶がぼんやりある程度で完全に忘れている方も多いのではないでしょうか?

「オームの法則」とは電気回路における電圧(V)、電流(A)、抵抗(Ω)の関係のことです。数式で表すとオームの法則は下記のようになります。

E(電圧)=I(電流)× R(抵抗)

E (電圧)」とは?

「電圧」とは電気を流す力のことです。
電気を水に変えて例えると「ポンプで水を送り出す時の水圧」のようなものです。
電圧を高くすればたくさんの電流を流すことができます。
電圧を表す単位とてはV(ボルト)が使用されます。
電圧

「I (電流)」とは?

「電流」とは流れる電気の量です。
たくさんの電流を流すためにはたくさんの電圧をかける必要があります。
電流を表す単位としてはA(アンペア)が使用されます。

「R (抵抗)」とは?

「抵抗」とは電流の流れにくさです。
電気を水に変えて例えると抵抗は「水を妨げる狭い水路」のようなものです。
たくさんの電流を流すためには抵抗は小さくする必要があります。
また、電流を小さくする場合には抵抗が必要になります。
抵抗を表す単位としてはΩ(オーム)が使用されます。

「抵抗」の種類と用途について

抵抗を発生させるためには「抵抗器」を使用します。
抵抗器には用途に応じて様々な種類があります。
電子工作でよく使用するのは下記ような抵抗器があります。

・炭素被膜抵抗器(別名:カーボン)
この抵抗器は最もポピュラーで安価な抵抗器です。
電子工作では何にでも使えるため、とりあえずは1kΩ、10kΩ、100kΩ、1MΩの抵抗器は持っておいて損はないです。
抵抗

・金属皮膜抵抗器(別名:キンピ)
精度が高いのが特徴の抵抗器です。
温度係数が小さいので温度上昇時の抵抗の変化も小さい。
ラズパイなどの電子工作機器で制度を求める際にはこちらの抵抗器を使用する。
アマゾンでも簡単に購入できます。
抵抗 キンピ

・半固定抵抗器
基盤に取り付けるタイプの抵抗器です。
抵抗値をドライバーなどで変更することができます。

・可変抵抗器(別名:ボリューム)
つまみを回すことで電圧を調整したり、音を加減したりすることができます。
主にケースなどに取り付けて使われ、ボリュームと呼ばれているものです。

・セメント抵抗器
金属皮膜抵抗をセメントで固めたもの。
高温に強く、電気をよく通す回路でよく使用されます。

・メタルクラッド抵抗器
アルミのケースに抵抗が収められており、セメント抵抗器よりもさらに発熱に強いです。

「コンデンサ」とは?

「コンデンサ」とは電気を溜めたり、放出したりすることのできる部品です。
電子回路を作る上ではなくてはならない部品の一つです。
電子工作をする上で必要になるコンデンサの種類は下記の通りです。

・電解コンデンサ(別名:ケミコン)
電源の平滑などに使用します。
部品に耐電圧や容量がかかれており、「極性」があるのが特徴です。
極性があるためつなぎ方には注意が必要です。
電解コンデンサ

・セラミックコンデンサ
周波数特性がよいので高周波を扱う回路に多用します。

・フィルムコンデンサ
温度係数が小さく高精度なコンデンサ。

・可変容量コンデンサ
ラジオを作成する際の同調回路をにはなくてはならないコンデンサ。

・トリマーコンデンサ
容量をか可変できて、固定もできる。
高周波を扱う回路での調整に使用されることがある。

「ダイオード」とは?

「ダイオード」とは電流を一方方向に流す特徴(整流作用)がある部品です。
このダイオードが光ったものがLED(発光ダイオード)です。
LEDに流れる電流は方向が決まっているます(極性あり)。そのため、LEDの足のがない方(アノード(A))にプラスの電圧をかけ、足のみじかいほう(カソード(K))にマイナスの電圧をかけて使用します。
ダイオード

「トランジスタ」とは?

「トランジスタ」とは小さな信号を増幅したり、小さな電流で大きな電流を流したり、止めたりすることのできる部品です。
トランジスタには3本の足がついており、文字の書かれた方を正面として左からE:エミッタ、C:コレクタ、B:ベースとそれぞれ名前がついています。
トランジスタ

まとめ

今回は電子工作の基礎中の基礎の部分をまとめてみました。
今後はこの知識を使って実際の電子工作物をどんどん作成していきます!!

~参考・オススメ書籍~
楽しく工作しながら電気の基礎をしっかり習得
 電子工作の職人技 高瀬 和則 著
内容:電子工作のど素人でも理解できるように書かれています。
特に、学んだ内容をすぐに実践できるように電子工作物のレシピもたくさん載っています。
インプットだけでなくアウトプットもしながら学習することができるおすすめの1冊です。

 

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です