講義日: 2016.9.27 今回の講義の目標は、LEDを光らせることです。電子回路がどういうものかのかを体感してみましょう。 目次 I. Basics of Electronic Circuit II. Devices III. LED IV. Practical Work I. Basics of Electronic Circuit この講義では、マイコンボードを中心にした電子回路(electronic circuit)を作っていきます。電子回路とは何か、ということはあまり難しく考えないことにしましょう。ここでは、様々な電子部品を電線で結んだものとしておきます。当然、電気を流します。 もう少し正確に言うと、電子部品に電圧をかけて電流を流すということになります。電子部品は、電流が流れて初めて仕事をしてくれます。小学校の時に、豆電球を光らせる実験をしたことと思います。あれです。電流はプラス極からマイナス極に流れます。電線をうまくつなぐことで、電子回路を作ります。 Voltage and Current 電圧の強さは、ボルト(V)という単位で表します。電流の量は、アンペア(A)という単位で表します。一般的に、電圧を強くすればするほど、電流は多く流れます。1.5Vの電池1つで豆電球を光らせるより、2つの電池を直列につないで3Vにした方が、豆電球は明るく光るのでしたよね。 しかし、電流を阻害するものがあります。それが抵抗です。プラスとマイナスの間に繋がれた抵抗が大きくなればなるほど、流れる電流は少なくなります。抵抗の大きさは、オーム(Ω)という単位で表します。 電圧と電流と抵抗の間には、有名なオームの法則という関係が成り立っています。電圧をE、電流をI、抵抗をRで表した時、以下の関係が成り立っています。 E = R×I これは式の変形を行うと、以下のようにも表せます。 I = E/R 多くの場合、抵抗を使って電流を制御することになるので、上の式の方が直感的に理解しやすいですね。つまり、抵抗R(分母)を大きくすればするほど、電流Iは小さくなります。 では、逆にRをどんどん小さくしていくと、どんなことが起こるのでしょうか。Rが0に近づくと、Iは無限大に近づいていきます。電池のプラス極とマイナス極を電線で直接結ぶと、ちょうどこのような状況になります。電線自体にもわずかながら抵抗はあるのですが、とても小さいです。このような時、回路は短絡している、あるいはショートしているといいます。ショートすると大量の電流が電子回路に流れ、電子部品は破壊され、電池は熱を発して最悪の場合発火したり爆発したします。特にリチウムイオン充電池を使っている場合には危険です。 回路は絶対にショートさせてはいけません！ ショートさせないためには、適切な場所に適切な大きさの抵抗を入れる必要があります。 Serial and Parallel Circuit 回路には、直列回路(serial circuit)と並列回路(parallel circuit)があります。豆電球の例で考えましょう。豆電球を直列につなぐとは、以下のようにすることです。 豆電球は、光を発する抵抗だと考えましょう。よって、回路はショートしていません。 並列につなぐとは、以下のようにすることです。 豆電球を直列でつなぐのと、並列でつなぐのとでは、どのような違いがあったか思い出しましょう。 直列につなぐと、豆電球を1つだけつないだ時よりも暗く光ります。 並列の場合には、1つの時と明るさが変わりません。 電池の持ちは、直列の場合には豆電球を1つだけつないだ時と同じですが、並列の場合には早く無くなってしまいます。 2つの抵抗を直列につないだ場合、全体の抵抗値は2つの抵抗値の合計になります。豆電球の場合も同じで、1つつなぐよりも2つつないだ方が、より抵抗が大きくなります。抵抗が大きいのですから、オームの法則から計算できるように、回路全体を流れる電流は小さくなります。よって、豆電球は弱く光ります。同じ豆電球を2つ直列につないだ場合、それぞれの豆電球にかかる電圧は、電池の電圧の1/2となります。 […]

Read More »

講義日: 2016.9.20 フィジカルコンピューティング開発論と応用演習(PC)はセットになっています。PC開発論で説明したことを、応用演習で実験します。この講義資料は、PC開発論と応用演習の両方で使用します。 目次 I. Introduction II. Practical Work I. Introduction Home Work フィジカルコンピューティング開発論の1回目では、夏期課題の発表を行います。 What’s physical Computing? フィジカルコンピューティングとは何か、ということから始めましょう。”Physical Computing“という言葉は，Tom Igoeによって最初に使われたと思われます。New York University で彼が担当する講義のサイト(https://itp.nyu.edu/physcomp/)には以下のような説明があります。 “Physical Computing is an approach to computer-human interaction design that starts by considering how humans express themselves physically. Computer interface design instruction often takes the computer hardware for given ― namely, that […]

Read More »