電子工作の基本、勘所、ノウハウ満載

第1章 電子工作の常識
1-1 「電子工作」ってなに？ 14
1-2 回路図の見方・書き方 16
1-2-1　回路図の基本的な要素 ............................................................... 16
1-2-2　部品の略号と記号 .................................................................... 16
1-2-3　電子回路の基本単位 ................................................................. 19
1-2-4　回路図の接続と交􄼹 ................................................................. 19
1-2-5　電源とグランド ....................................................................... 21
1-2-6　その他の常識 .......................................................................... 22
1-3 電源とグランドのノウハウ 24
1-3-1　グランドと誤動作 .................................................................... 24
1-3-2　電源の問題とパスコン ............................................................... 26
1-4 回路図に描いてないこと 28
1-4-1　部品の配置と実装方法 ............................................................... 28
1-4-2　明確に描かれない配線 ............................................................... 28
1-4-3　部品の特性や種類 .................................................................... 29
1-4-4　機構部品 ................................................................................ 29
1-4-5　機能やタイミング関連 ............................................................... 30
1-4-6　使用環境 ................................................................................ 30

第2章 電子部品の知識 31
2-1 電子部品の使い方 32
2-1-1　電子部品の種別 ....................................................................... 32
2-1-2　電子部品の使い方のポイント ...................................................... 32
2-1-3　情報の入手方法 ....................................................................... 33
2-2 抵抗器（レジスタ） 35
2-2-1　抵抗器の種類 .......................................................................... 35
2-2-2　各種特性と使い方 .................................................................... 37
2-2-3　抵抗値のE 系列 ....................................................................... 38
2-2-4　抵抗値とカラーコード ............................................................... 39
2-2-5　合成抵抗値の求め方 ................................................................. 40
2-2-6　抵抗器の実際の使い方 ............................................................... 41
2-2-7　抵抗器の実装方法 .................................................................... 42
2-2-8　チップ抵抗器 .......................................................................... 43
2-2-9　集積抵抗器（抵抗アレイ） .......................................................... 44
2-2-10　可変抵抗器（ボリューム） ........................................................ 45
2-2-11　半固定抵抗器 ........................................................................ 48
2-2-12　ジョイスティック .................................................................. 50
2-3 コンデンサ 51
2-3-1　コンデンサの回路図記号 ............................................................ 51
2-3-2　コンデンサの種類 .................................................................... 52
2-3-3　容量値と定格電圧 .................................................................... 54
2-3-4　コンデンサの並列接続と直列接続 ................................................ 55
2-3-5　コンデンサの寸法 .................................................................... 56
2-3-6　コンデンサの実装方法 ............................................................... 58
2-3-7　バリアブルコンデンサ（バリコン） ............................................... 58
2-4 ダイオード 62
2-4-1　回路図記号 ............................................................................. 62
2-4-2　ダイオードの基本特性 ............................................................... 62
2-4-3　小信号用ダイオード ................................................................. 63
2-4-4　電源整流用ダイオード ............................................................... 65
2-4-5　ダイオードの実装方法 ............................................................... 66
2-5 トランジスタと電界効果トランジスタ（FET） 68
2-5-1　トランジスタの種類 ................................................................. 68
2-5-2　トランジスタの基本 ................................................................. 69
2-5-3　トランジスタの規格表の見方 ...................................................... 70
2-5-4　トランジスタの選び方 ............................................................... 73
2-5-5　トランジスタの寸法と実装方法 ................................................... 73
2-5-6　電界効果トランジスタ（FET）の基本 ........................................... 75
2-5-7　電界効果トランジスタの規格表の見方 .......................................... 76
2-5-8　FET の選び方 .......................................................................... 79
2-5-9　トランジスタアレイ ................................................................. 79
2-6 アナログIC 81
2-6-1　汎用オペアンプ ....................................................................... 81
2-6-2　オペアンプの回路図記号 ............................................................ 81
2-6-3　オペアンプの基本特性と使い方 ................................................... 82
2-6-4　オペアンプの規格表の見方 ......................................................... 85
2-6-5　オペアンプの選び方 ................................................................. 86
2-6-6　オペアンプの実装方法 ............................................................... 87
2-6-7　電源用IC：3 端子レギュレータ .................................................. 88
2-6-8　電源用IC：DC/DC コンバータIC ................................................ 90
2-6-9　オーディオパワーアンプ用IC ..................................................... 91
2-6-10　モータ制御ドライバIC ............................................................ 92
2-7 デジタルIC 95
2-7-1　ゲート ................................................................................... 95
2-7-2　TTL とCMOS の違い ................................................................ 97
2-7-3　デジタルIC の規格表の見方 ....................................................... 99
2-7-4　デジタルIC の種類 .................................................................. 101
2-7-5　パッケージの寸法と実装方法 ..................................................... 102
2-7-6　プログラマブルロジックIC ....................................................... 103
2-8 光関連半導体部品 107
2-8-1　発光ダイオード ...................................................................... 107
2-8-2　セグメント発光ダイオード表示器 ............................................... 109
2-8-3　赤外線発光ダイオード .............................................................. 113
2-8-4　光受光デバイス ...................................................................... 113
2-8-5　フォトインタラプタとフォトカプラ ............................................ 115
2-9 発振素子とフィルター素子 117
2-9-1　発振素子 ............................................................................... 117
2-9-2　セラミック振動子（セラロック） ................................................ 118
2-9-3　水晶振動子（クリスタル振動子） ................................................ 120
2-9-4　高精度水晶発振モジュール ........................................................ 122
2-10 センサとアクチュエータ 123
2-10-1　温度センサ .......................................................................... 123
2-10-2　加速度センサ（傾きセンサ） .................................................... 124
2-10-3　距離センサ .......................................................................... 125
2-10-4　アクチュエータ .................................................................... 127
2-11 リレー 132
2-11-1　メカニカルリレー ................................................................. 133
2-11-2　半導体リレー ....................................................................... 135
2-12 コイルとトランス 137
2-12-1　コイルの種類 ....................................................................... 137
2-12-2　トランス ............................................................................. 140
2-13 コネクタとソケット 143
2-13-1　基板用コネクタ .................................................................... 143
2-13-2　多芯ケーブルコネクタ ............................................................ 144
2-13-3　同軸コネクタ ....................................................................... 144
2-13-4　ピンジャック ....................................................................... 145
2-13-5　ステレオプラグジャック ......................................................... 146
2-13-6　DC 電源用プラグジャック ....................................................... 146
2-13-7　IC ソケット.......................................................................... 147
2-14 スイッチ 149
2-14-1　スイッチの種類 .................................................................... 149
2-14-2　個別スイッチ ....................................................................... 149
2-14-3　デジタルスイッチ ................................................................. 151
2-14-4　ロータリースイッチ ............................................................... 152
2-14-5　ロータリーエンコーダと多方向スイッチ .................................... 152
2-15 その他の部品 154
2-15-1　スピーカ ............................................................................. 154
2-15-2　電子ブザー／圧電ブザー ......................................................... 154
2-15-3　液晶表示器 .......................................................................... 155
2-15-4　アナログメータ .................................................................... 155
2-15-5　電池ボックスとプラグ ............................................................ 156
2-15-6　放熱器 ................................................................................ 156
2-15-7　機構部品 ............................................................................. 156

3章 設計の仕方の基礎 159
3-1 トランジスタ回路の設計法 160
3-1-1　トランジスタの機能 ................................................................ 160
3-1-2　トランジスタのドライブ回路での使い方 ...................................... 162
3-1-3　電界効果トランジスタ（FET）の使い方 ....................................... 166
3-2 オペアンプ回路の設計法 169
3-2-1　オペアンプの電源供給方法 ........................................................ 170
3-2-2　直流増幅回路の設計法 .............................................................. 172
3-2-3　交流増幅回路の設計法 .............................................................. 175
3-2-4　コンパレータ回路 ................................................................... 178
3-3 デジタル回路の設計法 180
3-3-1　デジタル入力回路 ................................................................... 181
3-3-2　デジタル出力回路 ................................................................... 185
3-4 電源回路の設計法 192
3-4-1　独立の電源ユニットの場合 ........................................................ 192
3-4-2　オンボード電源の場合 .............................................................. 193
3-4-3　電源トランスの使い方 .............................................................. 199

第4章 自作のノウハウ 203
4-1 回路の組み立ての方法 204
4-1-1　ブレッドボードによる方法 ........................................................ 204
4-1-2　ユニバーサル基板による方法 ..................................................... 205
4-1-3　プリント基板を自作あるいは注文する方法 ................................... 206
4-2 ブレッドボードの使い方 208
4-2-1　ブレッドボードの種類と構造 ..................................................... 208
4-2-2　ブレッドボードへの部品実装の仕方 ............................................ 210
4-3 電子工作用の設計ツール 212
4-3-1　回路図・パターン図の作成ツール「Eagle」の使い方 ...................... 213
4-3-2　Eagle による回路図の作成 ........................................................ 215
4-3-3　Eagle によるパターン図の作成 .................................................. 218
4-4 プリント基板の自作法 222
4-4-1　用意するもの ......................................................................... 222
4-4-2　手順1：パターン図の作成 ........................................................ 225
4-4-3　手順2：露光 ......................................................................... 228
4-4-4　手順3：現像の仕方 ................................................................. 230
4-4-5　手順4：エッチングの仕方 ........................................................ 231
4-4-6　手順5：感光剤の除去 .............................................................. 232
4-4-7　手順6：穴あけ ...................................................................... 232
4-4-8　手順7：基板の切断と仕上げ ..................................................... 235
4-4-9　パターンの修正 ...................................................................... 236
4-4-10　部品の実装組み立て ............................................................... 237
4-5 組み立て方のノウハウ 238
4-5-1　はんだ付けのノウハウ .............................................................. 238
4-5-2　表面実装部品のはんだ付けの仕方 ............................................... 243
4-5-3　ケース加工のノウハウ .............................................................. 249
4-5-4　加工法（切断） ........................................................................ 251
4-5-5　加工法（穴あけ） ..................................................................... 254
4-5-6　加工法（取り付け） .................................................................. 259
4-5-7　配線の仕方 ............................................................................ 263
4-5-8　ケースの種類 ......................................................................... 265
4-6 測定器の使い方 267
4-6-1　デジタルマルチメータ .............................................................. 267
4-6-2　デジタルマルチメータの使い方 .................................................. 269
4-6-3　オシロスコープの使い方 ........................................................... 273
4-6-4　パソコンを利用した計測器 ........................................................ 277
4-7 動作チェックのノウハウ 281
4-7-1　製作後のチェック ................................................................... 281
4-7-2　電源投入時のチェック方法 ........................................................ 282
4-7-3　調整 ..................................................................................... 285

5章
シングルボードコンピュータ、
マイコンボードを使う 287
5-1 シングルボードコンピュータ、マイコンボードとは 288
5-1-1　シングルボードコンピュータ、マイコンボードを使うとできること .... 288
5-1-2　シングルボードコンピュータ、マイコンボードの種類 ..................... 289
5-2 micro:bit の活用 291
5-2-1　micro:bit のハードウェアとソフトウェアの構成 ............................. 291
5-2-2　プログラミング事始め .............................................................. 293
5-2-3　開発環境の構築 ...................................................................... 294
5-2-4　サンプルプログラムを試す ........................................................ 295
5-3 Arduino の活用 297
5-3-1　Arduino Uno R3 の概要 ........................................................... 297
5-3-2　Arduino IDE .......................................................................... 298
5-3-3　実際のプログラム作成 .............................................................. 299
5-4 Raspberry Pi の使い方 304
5-4-1　Raspberry Pi の概要 ................................................................ 304
5-4-2　Raspberry Pi で何ができて何ができないか ................................... 304
5-4-3　ハードウェアとソフトウェアの準備 ............................................ 306
5-4-4　汎用入出力ピン（GPIO）の使い方 .............................................. 309
5-4-5　実際に動かしてみる ................................................................ 312

6章 製作例 315
6-1 DSP ラジオの製作 316
6-1-1　DSP ラジオIC の動作 .............................................................. 316
6-1-2　DSP ラジオの回路設計と定数の決め方 ........................................ 318
6-1-3　DSP ラジオを組み立てる .......................................................... 321
6-1-4　ラジオを聴く ......................................................................... 323
6-2 実験用電源の製作 324
6-2-1　基本検討 ............................................................................... 324
6-2-2　回路設計と組み立て ................................................................ 326
6-2-3　動作テストと調整 ................................................................... 332
6-3 Arduino 活用IoT センサの製作 334
6-3-1　全体構成と機能仕様 ................................................................ 334
6-3-2　Arduino の拡張ボードの製作 ..................................................... 336
6-3-3　IFTTT のアプレットの作成 ........................................................ 339
6-3-4　Arduino のプログラム作成 ........................................................ 346
6-3-5　動作確認 ............................................................................... 352
6-4 ラズパイでインターネットラジオの製作 354
6-4-1　インターネットラジオの全体構成 ............................................... 354
6-4-2　ラズパイのプログラムセットアップ ............................................ 355
6-4-3　局選択リストの作成 ................................................................ 357
6-4-4　スマホ／タブレット側の製作 ..................................................... 360
6-5 ラズパイ活用IoT センサの製作 361
6-5-1　全体構成と機能 ...................................................................... 361
6-5-2　複合センサの接続 ................................................................... 362
6-5-3　ラズパイのプログラムの製作 ..................................................... 362
6-5-4　ウェブサーバとして構成する ..................................................... 370
6-5-5　公開サーバとする ................................................................... 372
6-5-6　動作確認 ............................................................................... 376
　部品の入手先 ................................................................................. 377