身近にあるＬＥＤで試してみよう。

測定条件
晴天、ＬＥＤ１本、負荷抵抗５１ＫΩ、内部インピーダンスの大きいデジタルテスター

ＬＥＤにより出力電圧がちがいます。
抵抗を同じ５１ＫΩを使うと流れる電流もそれぞれちがうことになります。
なぜ、５１ＫΩにしたかと言うと高輝度オレンジＬＥＤを標準ＬＥＤとし出力電圧が
少し下がった（ドロップした）抵抗値にしました。これで、１本で流すことのできる電流が
わかります。
・負荷を付けて電圧が下がりすぎた場合、ＬＥＤの流すことのできる電流値を超えて
しまったため電圧が下がってしまったことがわかります。
（例）
高輝度オレンジ色の場合（実測値ではありません）
出力電圧１．５Ｖ、負荷抵抗５１ＫΩをΩの法則で計算すると
１．５Ｖ÷５１０００（５１ＫΩ）＝０．００００２９４Ａ（０．０２９４ｍＡ）
１本で０．０２９４ｍＡの電流を取り出すことができることがわかります。

他の色でも色々抵抗値をかえて細かく調べれば１本で取り出すことのできる電流を
調べることができるのですが、ゆっくり調べる時間がないため高輝度オレンジＬＥＤの
負荷抵抗５１ＫΩで高輝度オレンジＬＥＤより沢山の電流が流せるか流せないかだけの
実験です。
ボリュームを使いドロップする抵抗値を調べるのも可能ですが今回は止めました。
お時間のある方、調べてみてはいかがでしょうか。

赤色　負荷　１．５５２Ｖ

赤色　無負荷　１．６２８Ｖ

 

 

 

青色　負荷　０．６８７Ｖ

青色　無負荷　２．２８８Ｖ

 

 

 

オレンジ色　負荷　１．５３９Ｖ

オレンジ色　無負荷　１．６２７Ｖ

 

 

 

緑色　負荷　０．２３１３V

緑色　無負荷　２．０３５Ｖ

 

 

 

紫色　負荷　０．２１９５Ｖ

紫色　無負荷　２．４０９Ｖ

 

 

 

白色　負荷　０．１７１Ｖ

白色　無負荷　２．２９１Ｖ

 

タケウチ電子在庫の高輝度ＬＥＤでテストしました。多少ＬＥＤの傾きにより測定誤差があると思います。
青色、以前調べた時は３Ｖぐらいの電圧が出ていることを確認しましたが今回調べたＬＥＤはご覧の通り
２．３Ｖぐらいでした。ＬＥＤ個々のバラツキか太陽光強さのちがいが考えられます。

高輝度赤ＬＥＤと高輝度オレンジＬＥＤはほぼ同じ「電圧と電流」が取り出せることがわかりました。
高輝度白ＬＥＤは、高輝度青ＬＥＤにフィルターを付けて白く発光させているので効率が悪いようです。

☆電圧が２Ｖ以上出るＬＥＤは、抵抗負荷が一定なので電流の条件が厳しいかもしれません。
お時間のある方は、抵抗値を調べて流すことのできる電流を調べて下さい。

 

 

LED発電のヒント

★ＬＥＤの前に虫眼鏡（凸レンズ）を付けると発電量が数倍（数十倍？）になります。あまり光を集中させると
焼けてしまいますのでピントをずらして焼けないように注意が必要です。
ＬＥＤ発電機をつくるなら試して見てはいかがでしょうか。

凸レンズでLEDへ太陽光を集中させている様子

ＬＥＤアップの様子

 

赤高輝度ＬＥＤを使用しています。
太陽光を受けるためのＬＥＤは、２個直列（１個で凸レンズ無し１．５Ｖ発電）にして３Ｖの電圧を取り出します。
２本直列でも発光したのですが凸レンズで集めた光をＬＥＤにあてる角度によりピンポイントで変わってしまうので
２本直列を２回路作りました。直並列回路を作りある程度凸レンズのあたりが変わっても変化が少ないようにしました。
（写真を見て気づいたのですが４本中３本にレンズの光が当たっているようです）

実験結果
・自然光でも見た目でかすかに赤く点灯しました。（中心で明るく光っている所）
・凸レンズを使い光を集めることにより、はっきりわかるように赤く点灯しました。（写真のとおり）
・太陽光強さ測定装置のＬＥＤに凸レンズで光を集めてあてたら、アナログメーターが振り切って測定不能なぐらい発電しました。

上記回路で取り出すことのできた電流はＬＥＤの光量から見て１ｍＡ以下だと思いますが、凸レンズを使いＬＥＤの数を増やせば
ＬＥＤ発電装置も夢では無いことがわかります。最近高輝度ＬＥＤの価格が安くなってきたのでエコ発電に期待できます。

（注意）
上記内容は、思いつきで調べた結果なので皆さんが同じような測定をしても同じ結果が出るという
ものではありません。参考程度にご覧下さい。

 

今さら聞けないＬＥＤのこと。
自分で色々ＤＹＩをしている方なら、おなじみのＬＥＤについて少しお話しします。

ＬＥＤは、発光色により定格電圧がちがうのは何となくおわかりだと思いますが、実際のＬＥＤは更に
製品のバラツキにより個々に電圧がちがうことはご存じでしょうか。
例えば、高輝度赤ＬＥＤだとメーカーデータ１．９Ｖ～２．４Ｖになっています。
これは、定格電流２０ｍＡを流す場合のデータだと思いますが、正確に２０ｍＡをＬＥＤに流したい場合
抵抗値が変わってしまいます。目で見ると１５ｍＡでも２０ｍＡでも発光ぐわいは分かりませんが。

アダプタ仕様で作るならさほど気にすることはないと思いますが、乾電池仕様で作る場合は出来る限り
各部の電流を気にしながら作らないと、出来上がった物の使用できる時間が変わってしまいます。

そこで、皆さんには回路図だけですが何かヒントとなれば、うれしいのですが。
（テストでは、作って青、赤ＬＥＤを測定してみました、思った通りの測定は出来ました）

 

使用している部品は、タケウチ電子で揃えることが出来ます。本当は箱に入れて作った物をお見せしたかったのですが
需要が無いと思うので、回路図だけとさせて頂きました。

電源電圧は測定するＬＥＤより大きければ９Ｖにこだわったことはありません。
青、白ＬＥＤまで測定したければ、電源電圧６Ｖ～２０Ｖの範囲でＯＫです。
赤ＬＥＤなど２Ｖ付近のＬＥＤであれば、電源電圧３Ｖ～２０Ｖの範囲でＯＫです。

（（注意））
弾頭型３φ、５φのＬＥＤで定格２０ｍＡの測定になりますので、ハイパワーＬＥＤなどはご自分でアレンジしてください。

特定学校向け（モールス発振器キット）


アマチュア無線の国家試験では消えてしまったモールス通信（送信試験、受信試験）ですが、プロの無線通信士を目指す方は、まだまだモールス通信が必要です。このキットは、高等学校先生と相談して作った「モールス発振器」になります。

実習時間で「ケース加工方法習得、部品の役割や半田付けの習得」出来上がれば「国家試験に向けたモールス送信技術練習」
で十分実用で使うことができる電子キットです。

外観は落ち着いた色合いのブラックケースを使用しています。

 

スピーカーは目立たない裏側に配置します。
穴開け加工に失敗しても目立つことがありません。

 

内部完成の様子です。
スピーカーは、ホットボンドで固定します、電池ホルダーはスポンジクッションで固定します、動作確認ＬＥＤをホットボンドで固定します。

 

基板配線アップの様子です。
専用基板はできるだけ配線ミスしないように印刷されています。

 

ホットボンドは、熱でプラスチックを溶かして部品を固定（接着）させる商品です。溶けたプラスチックが冷えて固まれば接着完了です。
ボンドを使うより短時間で固定できて、有機溶剤の臭いもなく手も汚れません。
（ホットボンド工具、スポンジクッションは学校でご用意下さい）
★Ｇ１７などのボンドを使っても同じように固定（接着）できます。

この発振器の発信は矩形波ですが、耳障りになるキークリック音が小さいため長時間送信練習をしても耳が疲れにくいと思います。

 

 

旧ホームページ(2007年）から掲載

廃番部品や手に入りにくい部品があるので、対応に追われています。

過去の文章も含め現在に至るまでを掲載致するので文章が変なところもあると思います。

 

試作品２０２４年版

残骸の穴を直す時間が無く余分な穴が開いていますが、今年度はこれで完成になります。

ギヤモーターの特性か、スピードコントロールがほぼできませんがライントレースだけで使うには

問題ありません。

 

今回作った試作品

 

 

モータードライブIC真ん中が放熱版半田付け用パターンになります。

まず初めに、放熱版を半田付けするために少量真ん中のパターンへ半田を薄く広げて付けてください。

 

 

モータードライブは、フラットICの表面実装になります。

 

ＩＣの向きに注意（1番の●印どうしを合わせること）

フラットICの８本足以外に、IC裏側の放熱板を半田付けするため、IC真ん中にパターンが作ってあります。

真ん中のパターンと放熱板を半田付けするために、少量の半田を予備半田として真ん中のパターンへ

半田付けしておきます。

８本の足を半田付けする前にICをピンセットで基板面に押しつけながら飛び出している真ん中パターンへ

半田こてを当てながらICの足が基板に 接地するか少し沈むまでピンセットで押さえながら半田付けする。

ICが固定されたら８本の足を半田付けします。

となりの足とブリッジしてしまったら、半田吸い取り線で余分な半田を除去してやり直してください。

 

放熱板へ半田するのに、３０Ｗの半田こてだと１～２分ぐらいかかると思います。じっくり作業してください。

 

追伸

放熱板を使わなかった場合、すぐに故障するとは思いませんができるだけ付けてください。

メーカー資料は、「放熱してください」と記載がありました。

 

（メーカー資料より）

モータ出力に規定値以上の電流が流れた場合、内部検出回路が働き、出力部を OFF 状態にします。スイッチングなどによ
る誤動作を避けるため、IC 内部で不感帯時間を設けています。
過電流検出後は、電源の再投入またはスタンバイモード移行後に復帰操作（IN1、IN2 の両端子を 1ms(標準)以上 Low 設定
後、IN1、または IN2 を High 設定）設定をすることで解除することが可能です。
なお、RS 端子と隣接している出力端子(OUT1,OUT2)のショート検出機能として、RS 端子に規定以上の電圧が印加される
と、出力部を OFF 状態にする回路を内蔵しています。

 

過電流検出および過熱検出機能について
これら検出機能は出力短絡などの異常状態を一時的に回避する機能であって、IC が破壊しないことを保証するものではあり
ません。動作保証範囲外では、これら検出機能が動作せず、出力短絡をすると IC が破壊するおそれがあります。過電流検
出機能は、一時的な短絡に対する検出を目的としたものです。長時間短絡が続きますとオーバストレスとなり破壊するおそ
れがあります。過電流状態を速やかに解除するようにシステムを構成してください。

 

フラットＩＣ（チップＩＣとも言う）は、この大きさでＴＡ７２９１Ｐと同等のモーターを

制御できます。

・ＴＡ７２９１Ｐは、内部半導体がトランジスター

・フラットＩＣは、内部半導体がＦＥＴ

ＦＥＴになったことで、電圧電流ロスがかなり少なくなりモーターを回したときの発熱量が

小さく、ＴＡ７２９１Ｐと同じ電流をモーターへ流した場合の消費電力が少なくなります。

簡単に言うと、電池が長持ちします。

 

 

試作品２０２３年版

この形では残念ですが、タミヤギヤモーターの入手が困難なため２０２４年度は制作断念！！

 

部品面から見た

 

パターン面から見た

 

モータードライブICがフラットIC（表面実装）になりました。

 

今まで使用していたモータードライブICのＴＡ７２９１Ｐが廃番になり、代用部品を探しましたがフラットICしか使えそうな部品が無くモーター回路を作り直しました。

ＴＡ７２９１Ｐと同じ動きは残念ですが再現できませんでした。モーター回転初めがもっさり動きます。ＴＡ７２９１Ｐは、回転初めから最大トルクで立ち上がり早いです。ライントレースで使用する場合、ＴＡ７２９１Ｐよりスピードを落として動かさないとラインを無視してしまうかもしれません。

 

センサー基板の調整用にも使っていたＺ金具が廃番になり本体基板を長くして、キャスターとセンサー基板が接触しないように対策しました。

 

 

 

 

旧ライントレーサー

 

ライントレースカーとしては、旧タイプの部品仕様の方が調整が楽ですね～。

 

 

旧ホームページより掲載を少し書いておきます。

（仕様変更予告）２０１５年１２月
赤外線センサーＧＰ２Ｓ４０Ｊ００００Ｆ廃盤になり、代品としてＲＰＲ－２２０に変更致します。
赤外線センサーオムロンＥＥ－ＳＦ５－Ｂも使えるようになっています。
ＧＰ２Ｓ４０Ｊ００００ＦとＲＰＲ－２２０は、フォトトランジスターの極性が逆になります、赤外線ＬＥＤは同じ極性です。
在庫ＧＰ２Ｓ４０Ｊ００００Ｆが無くなり次第、基板パターン変更したものにかわります。
変更前の基板で赤外線センサーが必要になった場合は、予備穴で使用できるようになっているｵﾑﾛﾝＥＥ－ＳＦ５－Ｂをお使い下さい。

（ＲＰＲ－２２０ｾﾝｻｰ感度について）２０１５年１２月
ＲＰＲ－２２０のデータを見ると検知距離５ｍｍとなっていますが、白色に黒いラインを走らした場合、検知距離１０ｍｍほどにしないと
センサーが調子良く動作しません。ＧＰ２Ｓ４０Ｊ００００Ｆ（ＥＥ－ＳＦ５－Ｂ）も検知距離５ｍｍで実際のトレースも５ｍｍ前後でした。
センサーの高さ変更で基板スペーサーを１５ｍｍ→１０ｍｍに変更します。
センサーとラインの距離が遠くなったことで、センサー感度調整とライントレースカー速度調整が若干面倒になります。
良くなったことは、障害物カーにした場合検知する距離がＧＰ２Ｓ４０Ｊ００００Ｆよりかなり高感度で反応してくれます。

赤外線ＬＥＤの照射エリアがせまい（スポット照射）のか、フォトトランジスターの受光エリアがせまいのかは、調べてないので
わかりませんが５ｍｍ前後にした場合フォトトランジスターに赤外線光が戻ってこないということです。

☆各センサーのデータは、ホームページ検索で「型番　データシート」で出てくるのでご確認下さい。

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特徴として
①乾電池４本（６Ｖ）でコントロール回路とモーター制御（速度調整）している。
②スイッチの切り換えでライントレースと障害物カー（障害物をよける）機能を持たせている。
③本体基板にギヤーモーター、キャスターが取り付けできるのでシャーシを組み立てる必要なし。

ちょっと気になるところ
①２個のセンサーでラインを読み取るので、複雑なライン（急なカーブ）、速い速度は不向きである。
②回路を簡単にするため障害物をよけるセンサーをライントレースと共用としたためセンサー位置が
真ん中よりになっていて斜めから障害物に接近した場合、反応しない。（正面だとＯＫ）
黒っぽい床なら白い紙を床に置きそれに反応するようにすれば「わざわざ」センサーを縦に変更しないでも
良いので簡単です。
この方が、車体本体が壁にぶつかることがないので良いですよ。
「障害物カーは、おまけだと思って下さい。」

 

 

【ビー玉発電装置】
小学生夏休み工作に使えそうな１０分で完成する超ｼﾝﾌﾟﾙな発電装置です。

（2005年旧ホームページ掲載分）

発電装置の代表的な種類
①ﾓｰﾀｰを回し電磁誘導を利用する「火力発電」「水力発電」「風力発電」「エンジン発電」などがあります。
　身近なところでは、自転車ﾗｲﾄの点灯用に使っているのも電磁誘導を利用しています。
②化学反応を利用して発電するものには「燃料電池発電」「太陽光発電」などがあります。
　身近なところでは、レモン電池も化学反応を利用しています。

今回作るのは、機械的振動で電気を発生させることのできる「圧電素子」を使います。
皆さんの身の回りにもいくつかあると思います。
　たとえば、電子ライター、チャッカマン、ガスコンロなど「カチ」と音が出た瞬間スパークが出て
ガスに火がつく。これらは圧電素子が利用されています。
　防犯用にガラスに貼り付けてあるセンサーやメロディー電報、電子ブザーも利用されています。
特長として
構造が簡単で大量生産が可能である。電磁誘導のように回転時ノイズが発生しない。
磁気を必要としない。機械的振動エネルギーだけで電気を発生させることができる。
レモン電池とちがい配線さえ間違わなければ再現性が良く確実に発電する。
圧電素子が壊れない限りいつでも何処でも準備無しに発電可能である。

では、作り方を説明しよう。

必要な部品
圧電素子 １個
ＬＥＤ ２個
リード線 適当（５０ｃｍぐらい）
ビー玉 フィルムケースなどに入る程度の物　１個
フィルムケースなど衝撃で壊れない物 １個

 

 

配線完了
ＬＥＤと圧電素子をリード線で結びます。
ＬＥＤには極性がありますが２個それぞれ
互い違いに配線する。（極性逆にする）
圧電素子に両面テープを貼り付けておく。

 

 

フィルムケースに圧電素子を貼り付ける
振動ではがれ落ちないようにしっかり貼り付けする。
（クッション剤入りの両面テープは使わないこと）

 

 

ビー玉の入ったフィルムケースを上下に振って
圧電素子に振動エネルギーを与えるとＬＥＤが光ります。
振動の強さにより発電量（光具合）が変わります。

たとえば、テレビのリモコンには色んなスイッチがあるよね。「チャンネルを動かす」「ボリュームコントロール」「電源の入り切り」を間違えずに指示通り動作してくれます。これは、赤外線（直接目には見えない光）にコントロール信号（変調信号）を混ぜて発光しているんだよ。これを、発展させていくと光デジタル通信（チョット言い過ぎかな）になるんだよ。
　
さっそく説明に入ろう。
　送信側は、メロディーＩＣの音声信号をＬＥＤの光といっしょに混ぜて（変調信号）光として飛ぶようにするんだ。
　受信側は、ＬＥＤの変調信号の混ざった光をフォトトランジスタで受けて音声信号をクリスタルイヤホンで取り出すんだよ。
　　余談・テレビのリモコン等を受信側に向けてスイッチを押すと変調信号の音が聞こえるよ。
　下手な絵で実体配線図を書いたので、その通り配線してもらえば動くはずですが　ポイントは受信部の「ＴＰＳ６０１Ａ」なのだ、他のフォトトランジスタでも動くはずだけど「ＴＰＳ６０１Ａ」と送信部の「高輝度発光　赤色ＬＥＤ」組み合わせなら楽に１ｍ～２ｍ位は受信できるぞ。「赤外線発光ＬＥＤ」に換えればもっと遠くまで受信できるはずだよ。今回は、目で見てわかるように赤外線領域に近い「高輝度発光　赤色ＬＥＤ」を使ったよ。

 

部品表
送信部　 受信部
メロディーＩＣ　ＵＭ６６Ｔ　など×１ クリスタルイヤホン×１
高輝度ＬＥＤ（赤色）×１　長い足がプラス フォトトランジスタ　ＴＰＳ６０１Ａ×１　突起に近い方がマイナス
ラグ板（適当な物）×１ 抵抗　５１ＫΩ×１
電池ソケット（単３　２本用）×１ ラグ板（適当な物）×１
電池スナップ×１ 電池ソケット（単３　２本用）×１
電池スナップ×１
注意）
ＬＥＤ、フォトトランジスタ、メロディーＩＣ　には極性があります間違えないように配線してください。
ラグ板の固定は木板などで良いんじゃないかな。