ここでは、電気と材料の関係について説明します。 ↓テキスト派の方はこちら https://lab-b.jp/relearn-elec/elec-material/ ■目次 0:00 電気と材料 0:37 導体と絶縁体 1:10 半導体とは 1:39 半導体の原理 ■関連動画 【電気のキホン】1.電気の正体｜学び直しエレクトロニクス https://youtu.be/0-AIwjN7gjE 【電気のキホン】2.電気の使い道｜学び直しエレクトロニクス https://youtu.be/c_y-iby0sew 【電気のキホン】3.電気と磁力｜学び直しエレクトロニクス https://youtu.be/HMu5GobOkvc ■自己紹介 ・ハードウェアエンジニア ・電子工作歴：9年 ・電子工作をゼロから体系的に並べるチャンネル「今日から始める電子工作」を運営してます ■SNS Web : https://lab-b.jp Twitter : https://twitter.com/buonoatsushi #電子工作 ■動画文字起こし 全ての材料に電気が流れるわけではなく、流れやすさに応じて導体、半導体、絶縁体という大きく3つのカテゴリに分かれます。導体はいわゆる金属で、絶縁体はガラスやプラスチックのような材料です。半導体は、通常は電気が流れやすいのですが、別の材料を混ぜることで電気が通りやすくなるという二面性を持っています。特にこれらの中で、銅とシリコンは地球上に資源が豊富にあり、また、加工しやすい、値段が安いといった特徴もあるためエレクトロニクスの世界で多用されています。 電気の通りやすい、通りにくいの違いは自由に動き回れる電子がどの程度あるか、という点にあります。このワニ口クリップを例にとると、導体であるクリップ部分はこのように電子の通り道を原子同士が共有し、電子が自由に動き回れる状態にあります。一方でこの絶縁体であるゴムカバー部は電子が原子核に強く結びついており、電子が動き回ることができません。絶縁体に電気を流そうとすると、この結合する力以上の力を与えないといけないので、大きな電圧が必要になります。 次に、エレクトロニクスの世界で主役とも言える半導体について説明をします。元々は真空管という部品が、電気を制御するために使われていたのですが、1940年代に半導体であるトランジスタが開発されると、サイズがとても小さくしかも低コストで作れるので、瞬く間に世界中に普及しました。例えばこのエレクトロニクスの基礎知識の中で作った作品の中だけでも、このように多くの部品に使われています。 それでは次に、代表的な半導体であるシリコンをピックアップして、半導体とは一体どのようなものか、という点を図を使って説明してみたいと思います。シリコンは一番外側の層に4つの電子があり、原子がお互いに電子を1つずつ共有しながら強く結びついています。この時は自由に動き回れる電子がいないため、絶縁体と同じように電気がほとんど流れません。 ここで、リンのように一番外側の電子が5つある原子を置くと、様子が一気に変わります。シリコンは電子が4つ、リンは5つあるので、リンが持っている電子が1つ余ることになります。この電子はどこにも結合されていないため、導体の中の電子と同じように、自由に動き回ることができます。 一方で、ホウ素のように一番外側の電子が3つの原子を持ってくると、今度は電子が1つ足りないスペースが生まれます。この空きスペースは不安定な状態であり、安定な状態を作ろうと電子を引き寄せるため、プラスの性質をもちます。この空きスペースはホールと呼ばれ、ここに電子が引き寄せられると、その電子が元々いた場所にホールが生まれます。これを繰り返していくと、ホールが徐々にマイナス側に移動していくことにより、電気が流れることになります。 電子が多い状態の半導体をN型半導体、ホールが多い状態の半導体をP型半導体と呼びます。これらはそれぞれ電圧をかけるとよく電気が流れますが、半導体が導体と違うのは、P型とN型が存在することです。これらを接合して隣り合わせて使うことで、半導体でしか作れない面白い特性を作ることができます。そしてそれが、半導体がこれだけ普及した理由になります。これについては、電子部品のセクションの中で説明をしたいと思います。 ... https://www.youtube.com/watch?v=T8s0MfdmyEs

最近、サンワのLCRメータ、LCR700が追加されました。 ... https://www.youtube.com/watch?v=WASYzKKMoBQ

このレッスンでは、デジタルピンのもう一つの使い方であるdigitalReadと、プログラムの基本であるif分の使い方を学んでいきます。 ↓テキスト派の方はこちら https://lab-b.jp/first-arduino/switch/ ※以下3つのボードは、全く同じコードで動作することが確認できています。 ・Arduino Uno ￥3,150：https://amzn.to/39dcJgb ・ELEGOO Uno ￥2,399：https://amzn.to/3EGw84F ・KKHMF Uno ￥1,099：https://amzn.to/3L50Gzs（別途ドライバのインストールが必要な場合あり） ■目次 0:00 オープニング 0:18 使う材料の準備 0:27 回路図 1:10 回路を組む 1:36 プログラムの作成 2:44 ボードに書き込む 2:56 ワンポイント 3:23 まとめ ■関連動画 Arduinoコース1 Arduinoとは https://youtu.be/F1RlVllBwxk Arduinoコース2 準備編 https://youtu.be/jHuWhbQdLhA Arduinoコース3 Lチカ https://youtu.be/vNFUslQCxPs ■自己紹介 ・ハードウェアエンジニア ・電子工作歴：9年 ・電子工作をゼロから体系的に並べるチャンネル「今日から始める電子工作」を運営してます ■SNS Web : https://lab-b.jp Twitter : https://twitter.com/buonoatsushi #電子工作 #Arduino ■動画文字起こし ここでは、レッスン3で使用した回路に加え、押しボタンスイッチを使い、スイッチを押している間はLEDが点灯し、離している間は消灯するというプログラムを作っていきたいと思います。 今回使う材料は、Arduino Uno、ブレッドボード、オスオスのジャンパーワイヤ5本、赤色LED、押しボタンスイッチ、330Ωと10kΩの抵抗です。 こちらは、今回作成する回路図になります。スイッチが押されている時はスイッチ内の抵抗は0Ωになるので、A点の電圧はGNDのレベル、つまり0Vとなります。一方、スイッチが押されていない時はスイッチはとても高い抵抗値を持ちます。抵抗値が高い状態は、ノイズによって少しでも電流が流れると高い電圧が発生して故障の原因になるので、この回路のように、電源電圧に対してプルアップ抵抗と呼ばれる10kΩ程度の抵抗をつなげるのが一般的です。これをつなげることで、スイッチが押されてない時はA点の電圧を電源電圧に固定することができるので、ノイズに強くなります。なおこの回路は実は、ある裏技を使うともっとスッキリするのですが、それは後ほど紹介します。 次に、回路図にならってブレッドボード図を作成したのがこちらです。押しボタンスイッチは脚が4つあり、この図のようにつながっているので接続するときに向きを確認しましょう。ということで、回路を組むことができました。 それではコーディングを行っていきます。「ファイル」→「新規ファイル」をクリックして、まずはこのようにSetup関数の中に2つのpinMode関数を書きます。デジタルピンを入力としたい場合は、ピン番号を指定した後、INPUTと書きます。次に、loop関数の中にこのようにif文を書いていきます。if文は、何かしらの条件が成立した時にだけ処理を行いたい時に使う文で、今回のようにボタンが押されたかどうかによって処理を変えたいとき等によく使われます。if文の意味は、カッコの中の判定式が成り立った場合は、その後に続く波カッコの中の処理を行い、判定式が成り立たなかった場合はelseの後に続く波カッコ内の処理を行う、ということを表しています。ifとelseはセットで使うことが多いので、一緒に覚えておきましょう。なお判定式には、ここで挙げたような記号が使われます。等しいことを判定する場合はイコールは2つ書く事になっているので、間違えないように注意しましょう。また、digitalReadは指定したデジタルピンの電圧レベルがHIGHかLOWかを読み取る関数です。具体的な電圧レベルで言うと、電源電圧が5Vの場合、3.0V以上であればHIGH、1.5V以下であればLOWと判定する仕様になっています。 最後にファイルを保存し、ツールバーの「マイコンボードに書き込む」のボタンを押して書き込みます。ボタンを押してない状態ではLEDは非点灯で、ボタンを押すと点灯することが確認できたら完了です。 なお、実はpinMode関数にはもう一つ便利なモードがあるので紹介しておきます。pinMode関数には、これまでに紹介したOUTPUT, INPUTの他に、INPUT_PULLUPというパラメータもあります。これは、そのピンを入力設定にした時、Arduinoの内部にあるプルアップ抵抗を接続してくれるモードです。そのため、今回使用した10kΩの抵抗が不要となり、回路をスッキリさせることができます。回路規模を小さくしたい時や抵抗が手元にない時は、積極的に活用しましょう。 ということで今回は、このような内容を学んできました。digitalReadをINPUT_PULLUPのパラメータに変更して、プログラムと回路を修正してみてください。それができたら、次のレッスンに行ってみましょう。という事で、今回は以上となります。 ... https://www.youtube.com/watch?v=xk2BCZTjTLU

このレッスン3では、手を動かしながら、ここに書いたようなことを学んでいきます。 ・回路作成からプログラム作成までの一通りのフロー ・Arduino IDEの使い方 ・Arduinoのプログラムの基本： setupとloop関数、digitalWrite、delay、pinMode ↓テキスト派の方はこちら https://lab-b.jp/first-arduino/ltika/ ※以下3つのボードは、全く同じコードで動作することが確認できています。 ・Arduino Uno ￥3,150：https://amzn.to/39dcJgb ・ELEGOO Uno ￥2,399：https://amzn.to/3EGw84F ・KKHMF Uno ￥1,099：https://amzn.to/3L50Gzs（別途ドライバのインストールが必要な場合あり） ■目次 0:00 オープニング 0:26 使う材料の準備 0:44 回路図 1:40 回路を組む 2:29 プログラムの基本 3:27 プログラムの作成 4:32 ボードに書き込む 5:06 まとめ ■関連動画 ・コース1 Arduinoとは　https://youtu.be/F1RlVllBwxk ・コース2 準備編　https://youtu.be/jHuWhbQdLhA ■自己紹介 ・ハードウェアエンジニア ・電子工作歴：9年 ・電子工作をゼロから体系的に並べるチャンネル「今日から始める電子工作」を運営してます ■SNS Web : https://lab-b.jp Twitter : https://twitter.com/buonoatsushi #電子工作 #Arduino ■動画文字起こし それでは、Arduinoを使って実際に動かしていってみましょう。このレッスン3では、手を動かしながら、ここに書いたようなことを学んでいきます。 まずは、このレッスンで作成するものをお見せします。このように、ブレッドボードにつないだLEDが1秒おきにON/OFFを繰り返しているのが分かると思います。これがいわゆるLチカです。Lチカは電子工作を始める人が必ず最初に通る道なので、このコースでもここから始めていきたいと思います。 それでは、まずは使用する材料を揃えていきましょう。使うものは、Arduino Uno、ブレッドボード、オスオスのジャンパーワイヤ2本、赤色LED、330Ωの抵抗です。レッスン1で紹介したELEGOOというキットであれば、これらが全てセットで入っています。 今回作る回路を回路図で表したのがこちらになっています。Arduinoの10番のデジタルピンを電源とし、その先にLED、抵抗、GNDを接続しています。デジタルピンは入力と出力をプログラムで切り替えられ、出力の場合は5Vの電圧が出力され、プログラムによってスイッチのように出力と停止を切り替えることができます。そのため、回路図はこのように書き換える事ができます。このスイッチを、一定の時間おきに切り替えることで、Lチカが実現できるわけです。また、必ずLEDには抵抗もセットで接続します。抵抗がなくてもLEDは点きますが、電流を流しすぎてArduinoやLEDを壊してしまう可能性があるためです。抵抗値は、次のようにオームの法則を使って求めました。ここでは流す電流を10mA程度としています。計算上は300Ω程度となるのですが、ちょうど良い抵抗値がなかったので値の近い330Ωを選んでいます。 次にこの回路を、ブレッドボードを使ってこのように接続していきます。ブレッドボードは回路を手早く簡単に作ることを目的とした、電子工作に必須の工具です。ブレッドボードは、外側にある、青い線と赤い線のラインが引かれた穴は縦でつながっていて、内側の穴は横でつながっています。LEDは、部品の脚が長い方をアノード、短い方をカソードと言い、アノードからカソードにしか電流が流れないようになっているので注意しましょう。一方で、抵抗は向きによる差はないので、向きは気にしなくて大丈夫です。また、部品の脚が長いまま使うとグラグラしやすく、他の部品とショートする原因となってしまうので、できるだけ切るようにしましょう。これらの注意点を意識しながら、ブレッドボード図を参考に回路を組んでいきます。ということで、回路を組むことができました。 回路が作れたら、最後にプログラム作業に移ります。まずプログラムの画面を見ると、void setup()とvoid loop()という、大きな2つの塊があることが分かります。これは関数と言って、プログラムを格納する箱のようなものです。Arduinoでは、電子工作で良く使う関数が最初から2つ用意されています。setupの方は、Arduinoを起動して最初の1回しか実行されない関数、loopの方は、setupを実行後に繰り返し行われる関数になります。一般的には、初期設定に相当するものはsetup、メインの処理はloopの方に書きます。そして、プログラムは基本的には上の行から順に実行されていきます。また、2つのスラッシュで始まる行はコメントと言って、プログラムを書いている人に向けて書かれたメモのようなものです。プログラムは3日もすると中身を忘れてしまうものなので、後で見返した時にすぐに思い出せるように小まめにメモしましょう。 それではプログラムを書いていきましょう。まずは、setupの方にpinMode(10, OUTPUT); と書きます。pinModeというのは各ピンのピン設定をするためにあらかじめ作られている関数で、このように書くと10番のデジタルピンを、出力設定にするという意味になります。次に、loopの方にこのように4行追記します。digitalWriteというのがスイッチの役割を持った関数で、指定した番号のピンを、HIGHの場合はON、LOWの場合はOFFにします。delayというのは、次の処理に進むまでに何ms待つかを決める関数で、ここでは1000msなのでつまり1秒待つ設定にしています。最後に、書いたプログラムの行を選んでキーボードのタブを押し、見た目を整えたら完了です。このように、Arduinoにはあらかじめ作られている便利な�� ... https://www.youtube.com/watch?v=vNFUslQCxPs