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工作に必要な部品と使い方

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 工作に必要な部品

ここでは工作に必要なよく使用する部品を簡単に紹介しています。電子工作には様々な部品が必要になってきますが、何を作るかによって部品も異なってきます。 ですので、自分の作りたい工作物に必要な部品をその都度購入するのがいいですよう。


目次

 

電源

抵抗器

トランジスタ

FET

コンデンサ

タイマーIC

オペアンプ

発光LED

3端子レギュレーター

配線用ケーブル

各種コネクタ

ターミナル

マウント及びネジ

ケース

ユニバーサル基盤

リレー

スピーカー

 

電源

電源は電子工作をする上では絶対必要です。じゃあどのような電源があるか?ですが・・

  • 電池
    DSC_0033DSC_0034

  • ACアダプター(スイッチング電源)

    M-01804

  • ACアダプター(トランスを用いたもの)

    200px-Variable_power_supply_using_switched_multiple_tap_transformer

    まぁこんなところでしょう。

一番のおすすめは手軽に電池です。

スイッチング電源やトランスを使ったACアダプターのようにノイズもほぼありませんしちょっとした工作には手軽で便利です。

 

しかし電池は電池です。パワーがありません。

パワーが必要(大きな電流を取り出せない)でしかも工作物の中には常時電源供給が必要で、電池交換が面倒などというものもあります。

 

そのような時は市販のACアダプターを買うか、自作で電源を作るかで対応します。 電源は一度自分で作ってみたほうがぜったいにいいと思います。

  おすすめは3端子レギュレーターで好きな電圧を作ってみる事です。

 

制作編で3端子レギュレーターを使った可変電源作成を参考にアナタも作成してみてください。

 

お金がある人は上記のような固定可変電源を買うのが一番良いかもしれません。

上記のようにキットで電源を作成できるものもあるので工作も兼ねて電源も作るという一石二鳥なキットを利用するのもおすすめです。

 

PC電源を利用した定電圧電源も作成しましたのでご参考までに。

 

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抵抗器

抵抗器は電気の量を流しにくくする部品です。 〜カラーコードの読み方はこちら〜

 

種類は様々な抵抗値の他に許容電力や材料による種類があります。

 

R-03375

金属皮膜抵抗

 

R-04067

1W セメント抵抗

 

たとえば一般的に電子工作で利用されているのは1/4Wが定格電力のカーボン皮膜抵抗とかです。

下図

R-25102

 

 

その他に可変抵抗器といって抵抗値を変更できたりするものもあります。

P-03277 P-00245

 

 

選ぶポイントは、ずばり抵抗値で決めましょう。

定格電力は1/4Wでほぼ大丈夫です。

 

もっとコンパクトにしようとすれば1/6Wとかいう米粒みたいな抵抗器もあります。

R-06069

 

最近では1オームから1Mオームまで各40種類の抵抗を揃えたセットをAmazonで買えたりします。

金属皮膜やカーボンもあります。便利な世の中になりました。下記参照

 

  定格電力についても少し触れておきます、定格電力が1wとか1/2wとか1/4wとかですがそのw数までは大丈夫という電力量を表します。

 

もちろんその定格電力を超える電流をながせば抵抗器は熱を発し焼けたり、切れたりしますので定格電力を超えないような定格の抵抗器を用いましょう。

 

簡単に定格電力の計算方法について記述しておきます。

(まぁ大電流を取り扱わない電子工作では1/4w抵抗で十分ですが・・)

 

まず抵抗値10Ωとしましょう。

この10Ωに1Aの電流を流すとします。

 

オームの法則でこの抵抗器の両端にはV=RIで10Vの電圧がかかりますね?

じゃあこの抵抗器の消費電力はというとP=VIで10wという事になります。

1w抵抗器でも焼き切れてしまいます。

 

 

もっと現実的な値にしましょう

抵抗器は1kΩとします、この1kΩの抵抗器に10mA流すとします。

V=RIで1000×0.01で10Vですね?

じゃあ消費電力はというと

P=VIで10×0.01=0.1wです。

 

十分1/4w抵抗で大丈夫そうです。 もっと違う目線でいきましょう、

 

 

  たとえば発光LEDを点灯させたくて10Vの電源を使うとします、発光LEDは電流制限抵抗が無いとすぐ壊れます。

ちょうど手持ちには1/6w抵抗が数本しかなかったとしましょう。

 

LEDの電流制限抵抗の決め方は

電源電圧ーLED電圧降下)÷流したい電流値 で抵抗値を決めます。

 

白色LEDだったとして電圧降下は3Vとします。

流したい電流値は10mA、20mA、30mA、40mAとして、 電力計算式はP=R×I×Iで計算。

 

10mAの場合、7÷0.01=70Ωで0.007w、

20mAの場合7÷0.02=350Ωで0.14w、

30mAの場合7÷0.03=233Ωで0.2097w、

40mAの場合7÷0.04=175Ωで0.28w。

 

 

1/6w抵抗だと10mAとギリ20mAしか流せなという事がわかりました。

 

 

さらに抵抗器には金属皮膜抵抗やカーボン皮膜抵抗などの種類があります、特にかわりはありませんが、オーディオ用途に使用する場合音質なノイズ特性で金属皮膜が良いと言われています。

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トランジスタ

 

トランジスタって何ができるか?大きく分けて2つあります。

まずは信号を増幅できる事。

もう一つは小さな電流でで大きな電流を流したり、止めたりできる(スイッチングといいいます)

じゃぁトランジスタの種類にはどんなものがあるのか?

 主にPNPタイプとNPNタイプがあり型番では2SC、2SDと2SA、2SBと分けられています。

中には大電流が流せるものがありますが、今回私は一般的な2SC1815というごく一般的なトランジスタで説明していきます。

 ↓これです。

 

他にも細かく言うとたくさん機能がありそうですが、増幅とスイッチングをわかっていれば電子工作をする上では十分でしょう!!

トランジスタの足?の見分け方

まず2SC1815なNPNタイプのトランジスタになります。

 

I-00881

 小電流用のトランジスタは、型番が印字されている面を正面にして足が3本でています。

左からエミッタ(E)、コレクタ(C)、ベース(B)といいます。

覚えましょう!!

I-008811

エクボと覚えましょう。

逆に大電流制御用の1つ50円以上するタイプは右からエミッタ、コレクタ、ベースとならんでいます。

下の写真のものは2SC3694で15Aも流せるものです。

I-06592tr

とりあえずデータシートをみるのがいいでしょうね。

トランジスタの増幅/スイッチング動作

 まずは増幅について

 トランジスタ(2SC)の機能をザックリいうとベースとエミッタ間にごく小さな電流を流すとします、そうすると大きな電流がコレクタ-エミッタ間に流れます。

これだけです。詳しい作動原理は教科書を振り返ってください。

 ベース-エミッタ間の電流変動が直にコレクタ-エミッタ間に現れるので増幅しているというわけです。

ちなみに増幅ったって1Vを100Vにするとか無理ですよ!!

わかると思いますが、トランジスタに供給している電圧をバイアス電圧といい、増幅した信号はそのバイアス電圧を超えません。

例ですが5Vでトランジスタを動かしていて、0.1V程度の振幅がある信号を5V程度の振幅に50倍増幅するといいた事は可能であるという事です。

 スイッチング動作動作について

私の汚い手書き資料ですがご勘弁ください。

①わずかなベース電流を流す➡②コレクタ電流が流れ回路ON

DSC_0010

①わずかなベース電流を切る➡②コレクタ電流が止まり回路OFF

DSC_0011

これでトランジスタによるスイッチ動作が行われた事になります。

かなり小さな電流で回路をON/OFFできるので各種センサーにつなげて微小な出力で大きな機器を稼働させる事がスイッチング機能といいます。

 

 

ベース電流の制限抵抗の決め方

 トランジスタによるスイッチングについてはOKですね?

それではトランジスタを作動させたとして、コレクターエミッタ間に流す電流値の決め方をご紹介します。

2SC1815は最大電圧50V、コレクタ電流最大150mAを流す事ができます。

1814

このコレクタ電流を規定するのがベースとエミッタ間電流になります。

ベース-エミッタ間に電流を流すんですが、ある程度電流を制限さないとトランジスタが不安定になったり、トランジスタが壊れたりしますのでベースエミッタ間の電流をコレクタ-エミッタ間に流したい電流値から逆算して決めなければなりません。

たとえばコレクタ-エミッタ間に50mA流したいとします。

DSC_0013

次にベース電流を決めますがこのコレクタ電流を50mA流すにはどのくらいのベース電流が必要かを決めます。

増幅率は各種トランジスタで違うので仮に100倍とすると、ベース電流は50mAの1/100の0.5mAで良い事になります。

バイアス電圧を5Vとした場合のベースの制限抵抗を計算してみます。

R=(入力電圧ートランジスタの動作電圧(だいたい0.65V))÷流したいベース電流で求まります。

(5ー0.65)÷0.0005=8700Ω(8.7kΩ)となります。

8.7kΩとでましたが、確実にコレクタ電流を50mA以上流したいのでこの計算した抵抗値を半分にした値を実際に使うとバッチリです。

だからここでは4kとか5kΩを使うのがBestかと思われます。

まぁいちいち計算めんどいという方、私の場合いつも計算する事なく1kΩをつけてますが正常に作動するし不具合ないっす。

☆トランジスタの注意点☆

トランジスタでリレーコイルを作動させる場合は逆電圧でトランジスタがこわれないようにダイオードをコレクタ電流が流れる方向とは逆向きに入れて保護しなければなりません。

こんな感じかな??

DSC_0015

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FET

  FETって何?   でしょ?   ですよね〜。

電界効果トランジスタっていう正式名称があるとおり変ったトランジスタって事はおわかりでしょう。

私も学生の時にはトランジスタとFETとの違いについて勉強しましたが、あんまり役にたつ知識は残ってないです。

いや逆に役に立つ知識は教えてもらってないのかも、試験に受かるための勉強をしていたのでしょう・・

それはそうとFETですが・・

まずトランジスタとの違いについて。

 

トランジスタは電流で出力電流を調節しますが、FETの場合電圧で出力を可変できます。

それが最も最大のメリットです。

 

入力インピーダンスを高くできる=良い事 なんです。

ここでは詳しくは書きませんが、電子工作で使う分にはトランジスタでもFETでもどちらでもOKです。

  私の場合、電流で制御しない(入力で電流を消費しない)FETのほうが好きです。

FETにはNチャネルFETといってトランジスタでいうNPN接続のものとPチャネルFETといってPNPのものがあります。

実際の使い方

私の場合、FETを使うのはパワーMOSFETでマイコンの出力で大電流をON、OFFしたりする超消費電力の小さい電子工作物を作る時に利用します。

 

 

実際の回路図

DSC_0016

Nチャネル(トランジスタでいうNPN)のMOSFETの使い方例です。

 

前段のトランジスタがONになるとゲートGとソースS間に電圧がかかり、FETがonになります。

逆に2SC1815がoffになるとG−S間に電圧がかからなくなりFETはoffとなります。 G−S間に10KΩの抵抗が入っているのは、1815がOFFになった時に確実にG−S間の電位差がなくなる(確実にOFF)ようにする為です。

 

 

 

  DSC_0018

Pチャネル(トランジスタで言うところのPNPタイプ)

G−S間の電位差がなければFETはoffになります。

1815がonとなりG−S間電位差ができればFETはonになります。

ここでも10KΩの抵抗が使われいますが、Nチャネルの時のほぼ同様の意味合いで使います。

簡単でしょ?

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コンデンサ

 〜コンデンサ容量の読み取り方はこちら〜

コンデンサも電子工作では必須の部品となります。

 コンデンサも抵抗器同様たくさんの種類があるのでセットで様々な容量と種類を揃えていたほうが経済的かもしれません。私もAmazonで下記の種類を揃えています。

ご参考までに・・・

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さぁコンデンサを揃えましたでしょうか?

コンデンサは呼び方によってはキャパシタと言う事もあります。

どんな使い方をするのかですが、電源のノイズをとったり、発振する回路の周波数を決めたりとたくさんの回路で利用されます。

電子工作に利用されるほとんどのコンデンサはその用途をパスコンとしての利用される事がほとんどです。

パスコンとは電源のノイズを取り除いたり、フィルターの役目をするものの事です。

どのような工作物を作るかで容量や種類がきまるので、そのつど調達するのが良いと思います。

コンデンサの種類ですが、極性(+とか-の事)のある電解コンデンサ、積層フィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ、セラミックコンデンサなど種類がありますが、工作物の必要部品に合わせて調達しましょう。

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タイマーIC

耳なれない『タイマーIC』ですが、とても便利なICです。

I-01496

わずかこのICと数点の抵抗とコンデンサで、発振回路を作れ一定のリズムで発光するLED点滅回路を作れたり、スピーカーをつなげて音を鳴らせたりする事ができたり、ワンショットトリガーといってスイッチを入れて一定時間経過後に電源をオンオフできる時限装置を作成できたりとものすごく工作の幅が広がるICです。

発振する周波数を決めるのは二つの抵抗値と一つのコンデンサの値で決まります。

詳しくは制作事例で!!

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オペアンプ

皆さんオペアンプというICをご存知でしょうか?

私は初めこのオペアンプというものがなんのかさっぱりわかりませんでした。

 

色々勉強していくうちに色々なものに利用できる事が解ってきて、今では利用するのが面白い物の一つになっています。

 

簡単にオペアンプを説明すると、増幅する為の集積回路といったところです。

I-02324

写真は汎用オペアンプで安価なLM358Nです。

オペアンプは様々な使い方があってイメージする事が比較的簡単な使い方から言うと、音声や音楽や信号を増幅するいわゆる『アンプ』が作成できたり、ある電圧とある電圧を比較するコンパレーターという便利な使い方もあります。

特にこのコンパレーターは便利で不思議な機能で鉛バッテリー充電器の過充電防止装置や過放電防止装置に利用が可能です。

他にも便利な利用方法はたくさんあると思いますが、はじめは簡単な上記に記した『アンプ』的な使い方とコンパレーターとしての比較回路の使い方をマスターすれば最強です。

オペアンプの増幅回路

コンパレーターとしての利用方法

 鉛蓄電池の過充電/過放電防止装置

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発光LED

LEDを知らない人はもうこの時代、希少でしょう。

発光LEDとは低消費電力で化学発光する電子部品です。

低電力で高い光量と光束が期待できます、要は明るいという事ですね。

I-06403

様々な色があり赤、黄色、緑、青、白が有名どころでしょう。

しかし、豆電球と違って発光LEDは極性があります。

長い方の足が+の電源につながります。

ちなみに長い方をアノード、短い方をカソードといいます。

I-04764

また、光らせるには電池や電源にLEDだけをつなげば良いと言うだけではありません。

そこらへんはめんどくさいのですが、簡単に下記に示します。

 購入はこちらから↓ かなり安いですね・・

極性について

まずLEDの2本の足のうち、長い方が+の電源に繋ぎ、短いほうをマイナスへ繋ぐ事になります。

プラスをアノード(A)につないで、マイナスをカソード(K)につなぎます。

DSC_0019

逆に電圧をかけてしまうとすぐ壊れたり、光りが弱くなります。

電流制限で発光させる

LEDは豆電球と違って電池につないですぐ点灯というわけにはいきません。

流す事の出来る電流値上限数が決まっており、それを超えて利用するとすぐに壊れたり、明るさがすぐに低下してしまいます。

ではどのように電流制限するのかというと、下図の様に抵抗を使って電流制限を行います。

DSC_0019

LEDを買ってくると必ず参考資料なるものがありますが、そこにはそのLEDの電気的特性値が書かれています。 まず順電圧 記号をVfと書かれている事が多く、その意味は順方向に電圧をかけた時の電圧降下を表します。

あと重要なのは順電流で、流せる電流の上限値が書かれています。 そのほかには耐えれる逆電圧値や逆電流などがありますが極性を間違えないようにすれば特に気にするものではありません。

さあ、LEDを発光させる為の電流制限計算をしてみましょう。

まず上記で説明した順電圧順電流を用います。

電池や電源の電圧も計算に必要ですのでここでは、電池を2本利用したとして3Vとします。

そしてLEDの種類は赤色LEDで順電圧が1.85Vとし、順電流上限値は30mAとします。

この赤色LEDは30mAまでしか流せまん。

まぁLED電流値は1~10mAを流せれば十分ですのでここでは10mA流す設定でいきましょう。

DSC_0020

これらの条件を利用し電流制限抵抗値を求めていきます。

それでは電流制限抵抗値を求める計算です。

計算式は

電源電圧ー順電圧)/流したい電流値(A)=電流制限抵抗値

になります。

簡単です。

ですので上記の条件で計算してみます。

電流制限抵抗値の計算式 10mA流す場合

 (電源電圧3vー順電圧1.85)/0.01A=115Ω

10mA流す為には115Ωの電流制限抵抗が必要だとわかりました。

簡単でしたね。

注意点はLEDの順電圧以下の電源ではLEDは光りません。

順方向電流は1mA~20mA程度が普通です。

LEDの白や青は順電圧が高めで2.9~3.1Vくらい

赤色は順電圧が低めで1.78~1.84Vといったところでしょうか。

詳しくは購入したLEDの資料をみてみましょう。

LEDの制作事例はこちら

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3端子レギュレーター

3端子レギュレーターは一言で言うと、簡単に目的の電圧を作ってくれるICです。

どういう物かというと、たとえば車で利用できる携帯充電器を思い浮かべてください。

車の電源は12Vのバッテリーと走行時にはオルタネーターという発電機があります。

車の停車時はバッテリーの電圧12V~13.8Vですが、走行時のオルタネーターは15V付近まで電圧が変動します。

携帯充電器へ供給する電圧は12V~15Vの変動があるのです。

そのような電圧の変動は携帯の充電に不向きです。携帯充電器にはしっかりした5Vが安定的に供給されなければなりません。

そこで3端子レギュレータが役に立ちます。

電源電圧が変動しても目的の電圧をしっかり出力してくれるICなんです。現に市販されている充電器には安定的に電圧を調整するICがかならず入っているんです。

そんな3端子レギュレーターですが・・

出力できる電圧は3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24Vと多様なラインナップがあります。

タイプは正電圧(+)タイプと負電圧(マイナス)の2種あったり、可変電圧タイプ(目的の電圧を工作者自ら調節できる)のものがあります。 あと、出力できる電流値にも種類があって大容量のもので数アンペア流せるものもあります。

注意点は入力電圧は出力電圧より2~3V程度高くないと動作しません。

ICの表示

+の電圧の正電圧タイプではICの表示が78○○(○○のところに目的の電圧値が表示されます。たとえば5Vなら7805とか)が表示されています。

I-00537

使い方はむちゃくちゃ簡単です。

部品点数でいうと最小3つ、多くても5つの部品で目的の電圧を作成できます。

ta4805spin

以下制作例から使い方をマスターしてください。

電圧固定タイプ

 5V 3端子レギュレーターの利用例

可変タイプ

 LM317Tを応用した可変電源装置の制作

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配線用ケーブル

配線用のケーブルには様々種類があり、たとえば髪の毛ほどの導線が束になりそれがまとめられてたより線タイプ、一本の導線の単線タイプなどで、それぞれさらに太さなどのバリエーションがあります。 私の場合単線は0.3〜0.8mm径はブレッドボード用として用いて、より線は基盤の穴のサイズに合わせて選んでいます。

ほとんどの基盤の穴は1mm程度なのでケーブルは1.6mm程度のものを揃えていればOKです。

また被覆も様々で高電圧に対する耐圧特性を備えたものや様々な色のものなどたくさん種類があります。

お好きなものチョイスです。

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各種コネクタ

コネクタもたーくさんの種類があります。

たーくさん種類があるので私が使っているものだけ紹介する事にします。

まず、コネクタですが線と線をつなぐもので、身近なものではAVアダプターとそのジャックなどですね。

PCなどもこのジャックは使われていてDCジャックなどと呼ばれています。

 

サイズもたくさんあって、私が多様するのは2.5mmとか5mmとかのものを使ったりします。

 

 

C-00077 C-02108

 

 

 

他にはコネクタとは異なるかもしれませんが、車用の端子コネクターを多様します。

保護カバーもついており、何より安価です。

images

 

 

ご自分にあったものをチョイスされるのがよいかと思います。

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ターミナル

ターミナルとは空港や駅ではございません。

電子工作の世界でのターミナルとは入出力の端子の事を指します。

これも種類がありますが、私が良く利用するのは2種類です。

C-04358P-01306 (1)

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マウント及びネジ

マウントとは作成した電子工作物をケースへ収納する際ケースから基盤を浮かす器具の事でネジで固定するものと最近ではシールで固定するものがあります。

P-01861 P-01861 (1)

 

これもお好みで・・

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ケース

ケースもたっくさん種類があります。

P-00358

 

 

プラスチックのケースや金属ケース、中にはお菓子のケースやフリスクのケースを利用した電子工作物など、ケースによって電子工作の見た目やユニークさは格段にあがります。

 

加工しやすいのはやっぱりプラスチックのケースなんですが、これも種類がたくさんあって加工しやすい順でいうと・・・

プラスチックケース>ポリカーボネート>アクリルケース ですね。

 

アクリルは加工中にパキって割れたりします・・

あと、有名なケースはフリスクケースでしょう。

色々な人が小さなフリスクのケースを利用してスタンガンやレーザーポインター、マイコンを用いたプレゼンタイマーを作成する強者もいるくらいです。

 

ユニバーサル基盤

ユニバーサル基板は、部品を取り付けるための穴が縦横に並んでいて、それぞれの穴にはんだ付けするためのランド(銅はく)が付いた基板です。

P-03229

 

これもネットで購入可能です。↓ サイズによって値段が違いますが、だいたい1枚あたり100円〜300円程度です。

 

この穴に電子部品の脚を差し込んで取り付け、はんだ付けしながら配線することで回路ができます。

市販のキットなどについているプリント基板と違って、これを使うとどんな回路でも自由に組み立てることができますが、配線も全部自分でやらなければいけません。

最近の基盤はブレッドボードの配列と同じ基盤も売られていて、ブレッドボードでテストした回路をそのままの配置でハンダ付け出来るユニークな基盤もあるみたいです。

P-04303

私も買いましたがまだ使っていません。

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リレー

P-01229

リレーとは電磁石の力で(電気の力)で電気的にスイッチを入れたり切ったりするものです。

どんなものに役にたつのか?ですが小さな電流で大きな電流を操作したい時なんかに使えます。

たとえばトランジスタの出力やマイコンからの出力で、市販の家電は動かせませんが、トランジスタやマイコンの出力をリレーを介して市販の電化製品の電源につなげておけば家電が動くようになります。

とても便利ですね。

ただリレーは電磁石を利用していますので、逆電圧がかかったりします・・・ですので逆電圧によわいトランジスタやマイコンを守る為にリレーと並列にダイオードを入れるのが一般的です。

制作例でリレーの使い方をラーニングしてください。

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スピーカー

電子工作ではスピーカーを利用する事があります。

種類としてコーン型のスピーカ⬇と

P-06275

 

 

 

圧電スピーカー⬇に分ける事ができます。

P-04118

 

圧電スピーカーはビープ音とか鳴らす為のもので、コーン型のスピーカは音楽とかの出力を行う場合に用いる事が多いです。

 

スピーカーは音を鳴らす為のもので、アンプ制作時にいい音がでるか? 発振回路を作ってちゃんと回路が発振しているか? など、音で聞いてみたりとか色々できます。

 

  またスピーカーを買ってきて、自分だけの卓上スピーカーを作成してもおもしろいですよ。

 

 

出力電子工作でよく使用利用されるスピーカーは4Ωのものと8Ωのものがあります。

なんか出力インピーダンス?によって4Ωや8Ωにインピーダンス整合をしなければならないようですが、めんどくさいのでわたしはそんな事した事ありません。

ただ過大な電流が流れないように抵抗を入れて、一応インピーダンス整合??のためスピーカーへの出力に10〜100μfのコンデンサを入れて出力しています。

 

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