記事のミス等のお問い合わせはTwitterにてお願いします。細かな話の第1回目は抵抗器です。抵抗器というと内部に電気抵抗を持っているだけの電子部品ですが、使い方は本当にいろいろあります。使い方によって同じ部品で済む場合もあれば、違う部品を使う場合もあります。一般的に電子回路で使う抵抗と言えばこのカーボン抵抗です。炭素を抵抗体とした抵抗器で安くてそこそこの精度を持った抵抗器です。金属皮膜抵抗カーボン抵抗では要求される精度を満たせないくらい精密な抵抗値が必要な場合に使う抵抗器です。カーボン抵抗では電力が足りないときに使う抵抗。小型で比較的大きな電力を扱えるというのが特徴です。細かな場所に回路を押し込みたい時などに使う抵抗器。基板の表面に実装できるのでコンパクトになりますが、はんだ付けがしにくいので趣味で使う分にはあまり使わないかなあと。抵抗体は金属皮膜抵抗と同じはずです。セメントで固めたもの。放熱性が高くなるので、大電力を扱えます。電子回路で使う抵抗値固定の抵抗器は大体この5種類あれば十分かなと思います。他には巻線抵抗器や大電力に耐えるホウロウ抵抗器とかメタルクラッド抵抗器とかありますがパワーのある回路を除き、電子回路レベルで使うことはあまりないです。可変抵抗つまみを回すことで抵抗値を変えることができる部品。基本的には3ピンの部品で両端の2ピン間は可変抵抗記載の抵抗値で固定されており、中央のピンと両端のどちらかのピンの間の抵抗値が0から可変抵抗に記載の抵抗値の間で変わります。両端を電源とGNDにつなぐと分圧の原理で回転角度のセンサとして使えます。抵抗値の変わり方には複数の種類がありAカーブ、Bカーブ、Cカーブって呼ばれています。基本的には線形的に抵抗値が変わるBカーブが使われます。つまみがないバージョンでドライバーなどを使って回すことで抵抗値を変更します。調整は必要なものの、値を変更することが少ない箇所に使います。カーブはBカーブのみです。抵抗器は大型ものやチップ型のものでは数字で抵抗値が書いていますがたいていの抵抗器は色で抵抗値が示されています。その色の意味と抵抗値の読み方を説明します。抵抗器の色の意味を下の表でご覧ください。初めにこの表で色を数字に変換します。続いて出て来た数字を抵抗値に変換するのですがそれぞれの桁に意味があるので下の図をご覧ください。この図では3.3kΩの抵抗器の意味を示しています。精度となっており、桁数と精度の間は他のラインの間隔よりも広くなっています。精度は±5%と読めます。下の図の通りですが左のギザギザの方が古い書き方で右の四角の方が新しい書き方です。JISの観点からいうと、右の四角の表記の方がいいのですが、昔からの名残で左のギザギザを使うこともよくあります。電流制限LEDやFET・IGBTのゲートなどに流れる電流を制限して、LEDの過電流による破損防止や、FET・IGBTのスイッチング速度調整を目的として取り付ける。分圧マイコンの入力モード時などの入力インピーダンスが高い電子部品に電源とグランドの間の任意の電圧を印加したい場合に使用します。回路構成は電源とグランドの間に2本以上の抵抗器を入れたものとなっています。それらの抵抗値の値により分圧により出力される電圧が変わります。詳細は後半の設計の章で紹介します。抵抗器に電流を流すことで電力を消費させ、その発熱を利用したものです。ヒーターと同じであるが、熱を目的とするのではなく、回路内で発生した電力を熱に変換して消費させるのが目的。電車では発電ブレーキや抑速ブレーキで発電した電力を消費する際に使用される。プルアップ・プルダウン抵抗スイッチのみをマイコン入力に接続すると正しくスイッチの状態を読み込めない問題を解決するために使用される。詳細は後半で紹介します。抵抗器のパラメータ設計では基本的にはオームの法則と電力の計算式さえ知っていればなんでも計算ができます。オームの法則V:電圧[V]I:電流[A]R:抵抗[Ω]としてV=IR電力の計算式P:電力[W]I:電流[A]V:電圧[V]としてP=IV電流制限の設計法オームの法則をそのまま使って計算を行いますが注意点があります。それは計算で使用する電圧のパラメータが「抵抗器に加わる電圧」であることです。以下のように計算を行います。Vr:抵抗器に加わる電圧[V]I:電流[A]R:抵抗[Ω]としてVr=IRこの式を抵抗値基準にすると以下のようになります。例としてLEDに流れる電流制限の計算をしてみます。電源電圧Vが5.0[V]とした場合のLEDの電流制限抵抗の計算をしてみます。抵抗値は抵抗器に加わる電圧を基準に計算するので、電源電圧からLEDの順方向電圧を引いたものを電流で割った式になります。この式で計算をするとLEDの電流制限抵抗の値は400[Ω]となりました。計算で出た値の抵抗値がそのまま販売されているとは限りません。いうか基本的にはないことが多いです。そのため計算した値より大きい側で販売されている抵抗値を使用します。秋月のサイトで400Ω以上の抵抗値で最も低い抵抗値を探すと470Ωがあるので今回の場合この470Ωを使用すればよいです。これで、抵抗値が決定されましたが、もう一つ計算しなければならない個所があります。それは抵抗器での損失による消費電力です。電子回路の小信号部ではほとんど考慮する必要はありませんが比較的大きな電力を抵抗器で消費する場合この計算が必要です。20[V]×0.1[A]=2[W]となります。したがってこの場合抵抗器の許容電力が2[W]以上のものを使わなければなりません。0.04[W]となることがわかります。この場合は一般的に販売されている1/4[W]の抵抗器を安心して使うことができます。分圧の設計もオーム法則をそのまま使用できます。分圧回路の回路図は下の図のような回路です。Vcc/(R1+R2)となります。I×R2となりとなりR1とR2の抵抗値の比率により出力電圧を変化させることが可能です。電源電圧5Vで4Vを出力したい時はR1を1kΩとしてと計算することができます。この原理を応用すると可変抵抗を使った角度センサーが作れます。電力を抵抗器で消費させる場合は以下の式で計算できます。P=I^2×R=(V^2)/R例えば100[V]で1000[W]のヒーターを設計したい場合はとなります。考え方としては分圧の考えの応用です。下の図の左がプルダウン、右がプルアップです。説明はプルダウン抵抗の方で説明を行います。プルダウン抵抗の方で説明を行います。SWが開いているとき、スイッチが押されていないとき(A接点の場合)はSWの抵抗値を無限大と考えます。≒0[V]となります。これより、スイッチが開いているときは0[V]が出力されることがわかります。逆にスイッチが閉じている、つまり押されている(A接点の場合)ときは、SWが0[Ω]と考えることができます。Vcc×(R/R+0)=Vccよって、スイッチが閉じているときは電源の電圧がそのまま出力されることがわかりますね。プルアップの場合はVccとGNDが入れ替わってるだけで、同じように考えればスイッチが開いているときにVccが出力され閉じているときは0[V]が出力されることが明らかですね。最後に、Rの抵抗値ですが基本的には1~10[kΩ]程度の抵抗値を使うのが一般的です。それ以下だと電流が流れすぎてエネルギーの無駄使い、大きいとハイインピーダンスとなり正しく動作しない可能性があります。