※小説ではない※専門書 要約資料集 為替(換算)3.9万円でもらう 紐解集生成 専門 初入門 資料 作：｛作者名｝
> 学問の宇宙・実践工学シリーズ 電子工作冠 第1巻。ガイド役: Fable 5 監修 / Sonnet 5 執筆(脚本班)
> トーン規約: GAKUMON_UNIVERSE.md準拠。専門用語は初出で必ず説明する。
> **安全規律(絶対・§16.18準拠)**: 本冊で扱う回路はすべて乾電池(1.5V〜9V程度)またはUSB(5V)による低電圧に限定する。家庭用コンセントの100V(交流・商用電源)を直接扱う作業、電気工事士の資格が必要な工事は本冊の範囲外であり、手順そのものを本冊には一切記載しない。実際にコンセント周りの工事が必要な場面は、必ず電気工事士等の有資格者に依頼すること。はんだごては摂氏300度前後の高温になる道具であり、やけど・低温やけど・ヒューム(煙)による健康影響のおそれがあるため、第七章の安全注記を読んでから作業すること。
> 中立規律: 本冊は特定のメーカー・特定の部品の実名を挙げた個別評価は行わない。数値は設計計算(検算)として示すものであり、実機での測定値は個体差・部品のばらつきによって変わりうることを正直に明記する。断定できるのは計算上の値のみであり、「実測」という語は実際に測定した場合にのみ用いる。
> 接続先: →BOOK-0300『回路の読み方と設計 第1巻』(オームの法則・記号読解の土台を先に扱う)、→BOOK-0005『電子回路』第1冊(理論面の深掘り)、→BOOK-0309『計測と校正の実学』(テスターでの検証を深める)。
> 水準: 二〜七(ブレッドボードの仕組みから、オームの法則を使った抵抗選び、直列・並列、スイッチと可変抵抗、トランジスタによるスイッチング、コンデンサの時定数、はんだ付けの基本、555タイマーICによる発振回路までを扱う)。
> **本冊の定着量の目安は、LED点灯から555タイマーまでの10作例を実際に自分の手で組み上げることである。**各章末にも章ごとの定着量の目安を明記する。
---
# BOOK-0301 電子工作の実践 第1巻 — ブレッドボードからはんだ付けまで(実践工学シリーズ)
> 学問の宇宙・実践工学シリーズ 電子工作冠 第1巻。ガイド役: Fable 5 監修 / Sonnet 5 執筆(脚本班)
> トーン規約: GAKUMON_UNIVERSE.md準拠。専門用語は初出で必ず説明する。
> **安全規律(絶対・§16.18準拠)**: 本冊で扱う回路はすべて乾電池(1.5V〜9V程度)またはUSB(5V)による低電圧に限定する。家庭用コンセントの100V(交流・商用電源)を直接扱う作業、電気工事士の資格が必要な工事は本冊の範囲外であり、手順そのものを本冊には一切記載しない。実際にコンセント周りの工事が必要な場面は、必ず電気工事士等の有資格者に依頼すること。はんだごては摂氏300度前後の高温になる道具であり、やけど・低温やけど・ヒューム(煙)による健康影響のおそれがあるため、第七章の安全注記を読んでから作業すること。
> 中立規律: 本冊は特定のメーカー・特定の部品の実名を挙げた個別評価は行わない。数値は設計計算(検算)として示すものであり、実機での測定値は個体差・部品のばらつきによって変わりうることを正直に明記する。断定できるのは計算上の値のみであり、「実測」という語は実際に測定した場合にのみ用いる。
> 接続先: →BOOK-0300『回路の読み方と設計 第1巻』(オームの法則・記号読解の土台を先に扱う)、→BOOK-0005『電子回路』第1冊(理論面の深掘り)、→BOOK-0309『計測と校正の実学』(テスターでの検証を深める)。
> 水準: 二〜七(ブレッドボードの仕組みから、オームの法則を使った抵抗選び、直列・並列、スイッチと可変抵抗、トランジスタによるスイッチング、コンデンサの時定数、はんだ付けの基本、555タイマーICによる発振回路までを扱う)。
> **本冊の定着量の目安は、LED点灯から555タイマーまでの10作例を実際に自分の手で組み上げることである。**各章末にも章ごとの定着量の目安を明記する。
---
## 入口の物語 — 豆電球だけだった夜に、光る石が届いた日
学問の宇宙のある小さな星では、夜になると家々の軒先に小さな豆電球がひとつずつ灯るだけだった。電池をつなぐと光り、外すと消える。それだけの単純な仕組みを、その星の子どもたちは長い間「光る石」と呼んで不思議がっていた。
ある日、旅の職人がその星を訪れ、豆電球よりずっと小さく、ずっと長持ちする発光素子と、板に穴が並んだ奇妙な台を持ってきた。職人は子どもたちの前で、電池と素子と抵抗という小さな部品を板の穴に差し込んだだけで、光を灯してみせた。子どもたちが驚いたのは、光の強さを自分で計算して選べるということだった。豆電球の時代には「つけるか消すか」しかなかった選択肢が、抵抗の値ひとつで「どれだけ明るくするか」まで手に入るようになったのである。
本冊は、その職人が子どもたちに教えた道のりをそのままたどる。ブレッドボードという板の仕組みを知ることから始め、LED(発光ダイオード)を1個灯し、オームの法則で抵抗を選び、直列・並列でLEDを増やし、スイッチと可変抵抗で操作し、トランジスタで小さな電流を大きな電流のスイッチに変え、コンデンサでタイミングを作り、はんだごてで回路を「常設」にし、最後に555タイマーという小さなICチップ1つで、電池と数個の部品だけから光の点滅や音を生み出す発振回路にたどり着く。全10作例を、LED点灯から555タイマーまで順番に手で組み上げることが、本冊の定着量の目安である。
職人が去った後も、板と部品はその集落に残された。子どもたちは職人が残したノートを頼りに、来る日も来る日も同じ部品を差し替えては、光の強さや点滅の速さがどう変わるかを確かめ続けたという。抵抗を1本変えるだけで明るさが変わり、コンデンサを1個変えるだけで点滅の速さが変わるという体験は、公式を暗記するよりもずっと深く「電気とは何か」を教えてくれた、と伝えられている。本冊はその子どもたちのノートを、現代の読者向けに10の作例として整理し直したものである。
---
## 第一章: 電子工作という遊び方 — 安全第一の心得(水準二)
### 電子工作とは何か
**電子工作(でんしこうさく、水準二: 抵抗・LED・トランジスタ・IC(集積回路)などの電子部品を組み合わせ、実際に動く電気回路を自分の手で組み立てる趣味・実技)**は、理論の本を読むだけでは分からない「電流が実際にどう流れるか」の感覚を養う実技である。本冊では、部品を差し込むだけで回路を作れる**ブレッドボード(水準二: はんだ付けをせずに部品の足を差し込むだけで電子回路を組み立てられる、穴の空いた実験用の板)**を主な道具として使う。
### 用意する道具
作例を進めるにあたり、次の道具・部品があるとよい。ブレッドボード1枚、ジャンパー線(部品どうしをつなぐ導線)一式、LED数個(赤・緑など)、カーボン抵抗(220Ω・330Ω・680Ω・1kΩ・10kΩ・82kΩ・100kΩなど数種)、可変抵抗(ボリューム)1個、プッシュスイッチ1個、汎用小信号トランジスタ(NPN型)1個、電解コンデンサ(10µF・100µF程度)1〜2個、555タイマーIC1個、圧電スピーカー1個、単3電池2〜6本(電池ボックス経由で3V〜9V程度)またはUSB電源(5V)、そして第七章で使うユニバーサル基板とはんだごて一式である。特別な工具は不要だが、テスター(電圧・電流・抵抗が測れる計測器)があると、計算値と実際の値を見比べられて理解が深まる。
### LEDの色と順方向電圧の違い
LEDの順方向電圧は、発光する色によって傾向が異なるとされる。一般に赤色・黄色のLEDはおよそ2V前後、緑色のLEDはおよそ2V〜3V程度、青色・白色のLEDはおよそ3V前後とされることが多い。同じ抵抗値・同じ電池電圧を使っていても、LEDの色を変えると検算1の式の中の「LEDの順方向電圧」が変わるため、流れる電流(ひいては明るさ)も変わってくる。作例を進める中で違う色のLEDに差し替えたときは、その都度、検算1の式に色ごとの順方向電圧を当てはめて計算し直す習慣をつけるとよい。
### 低電圧限定という安全の一線
本冊で扱う回路はすべて乾電池(1.5V〜9V程度)またはUSB(5V)による低電圧に限定する。家庭用コンセントの100Vのような交流の商用電源を直接扱う作業は、感電・火災の危険が大きく、日本では電気工事士の資格がなければ行えない工事も含まれるため、本冊の範囲外とし、手順そのものを一切記載しない。乾電池やUSBの範囲であっても、電池をショート(プラスとマイナスを直接つなぐこと)させると発熱・破裂の危険があるため、配線を組む前と組んだ後には必ず極性(プラス・マイナスの向き)を目で確認する習慣をつけること。
### 三つの実践解 — 迷ったときの選び方
作例を進める中で判断に迷う場面では、次の三つの実践解を思い出してほしい。第一に「まず計算する」(検算で当たりをつけてから部品を選ぶ)、第二に「まず低い電流側に振る」(抵抗値に迷ったら大きめの抵抗を選び、LEDが暗すぎたら少しずつ下げる)、第三に「わからなければ止めて確認する」(配線に自信が持てないときは通電せず、テキストや図を見直す)。この三つを守れば、低電圧の範囲では大きな失敗はほぼ起こらない。
> **定着量の目安**: 低電圧限定の安全ルール(乾電池・USBのみ、コンセント工事は範囲外)と、三つの実践解を自分の言葉で言えるようになったら、第一章は定着。
---
## 第二章: ブレッドボードの仕組みとLED点灯 — 作例1・作例2(水準二〜三)
### ブレッドボードの内部配線
ブレッドボードは、見た目には同じ大きさの穴が並んでいるだけだが、内部では特定の列や行がひとまとまりの導線でつながっている。多くのブレッドボードでは、中央部の縦の穴5個が1本の内部配線でつながっており、上下の端にある横長の帯(電源ライン)は横方向につながっている。この仕組みを理解すると、部品の足をどの穴に差せば電気的につながるかが読めるようになる。
### 作例1: LED1個+抵抗+電池でブレッドボード点灯
電池ボックス(単3×2本で3V、または単3×6本で9V)のプラス側をブレッドボードの電源ラインに差し、抵抗の片足をそこに差す。抵抗のもう片足をLEDのアノード(足の長い方、プラス側)につなぎ、LEDのカソード(足の短い方、マイナス側)を電池のマイナス側に戻す。**LED(発光ダイオード、水準二: 電流を一方向にだけ流し、そのときに光を発する半導体素子。足の長い方がアノード=プラス側、短い方がカソード=マイナス側)**は、極性(プラス・マイナスの向き)を逆にすると光らない。まず極性を確認してから電池をつなぐことが、最初の作例で身につけたい習慣である。
抵抗を入れずにLEDを直接電池につなぐと、LEDに流れる電流が大きくなりすぎて素子が壊れることがある。**抵抗(ていこう、水準二: 電流の流れにくさを持たせ、回路に流れる電流の大きさを制限する部品。単位はΩ(オーム))**を直列に入れることで、電流を安全な範囲に抑える。これを電流制限抵抗と呼ぶ。
### オームの法則と抵抗値の選び方(検算1)
抵抗値をいくつにすればよいかは、**オームの法則(水準二: 電圧V(単位ボルト)・電流I(単位アンペア)・抵抗R(単位オーム)の間に成り立つ、V=I×Rという関係)**を使って計算できる。LED回路の場合、電池電圧からLEDの順方向電圧(LEDが光っている間にLED自身にかかる電圧)を差し引いた残りの電圧が、抵抗にかかっていると考える。一般的な赤色LEDの順方向電圧はおよそ2Vとされる。9V電池・目標電流10mA(0.01A)のとき、抵抗値は次の式で求められる。
```
抵抗値 = (電池電圧 - LEDの順方向電圧) ÷ 目標電流
抵抗値 = (9V - 2V) ÷ 0.01A = 700Ω
```
700ΩぴったりのカーボンJ抵抗は流通量が少ないため、実際の部品選びでは近い規格値(680Ωや750Ωなど)から選ぶことになる。680Ωを選んだ場合の電流は`(9V - 2V) ÷ 680Ω ≒ 0.0103A(約10.3mA)`と計算でき、目標の10mAに近い値になる。
### 作例2: 検算どおりに抵抗を選び直す
作例1で仮に手元にあった抵抗(たとえば330Ω)を使っていた場合、検算1の式に当てはめて実際の電流を計算し直し、`(9V-2V)÷330Ω≒0.0212A(約21mA)`のように目標よりかなり大きい電流が流れていないかを確認する。計算の結果、電流が大きすぎると分かれば、680Ωや1kΩなど、より値の大きい抵抗に差し替える。この「計算→部品選び→差し替え」のやり取りそのものが作例2の練習内容である。
### 抵抗値の読み方 — カラーコード
カーボン抵抗の多くは、値そのものが印字されるのではなく、表面に塗られた色の帯(カラーコード)で抵抗値を表している。代表的な4本帯タイプでは、1本目・2本目の帯が数字を、3本目の帯が10の何乗を掛けるかという桁数を、4本目の帯が誤差(たとえば金色なら±5%)を表す。たとえば680Ωの抵抗は「青(6)・灰(8)・茶(×10)・金(±5%)」の帯の組み合わせで表されることが多い。カラーコードを目で読めるようになると、テスターがなくても抵抗値を見分けられるようになり、検算1・検算2で求めた値に近い抵抗をすばやく選び出せる。
> **定着量の目安**: 作例1・作例2を自力でブレッドボード上に組み、検算1の抵抗値の式を紙の上で再現できたら、第二章は定着。
---
## 第三章: 直列と並列でLEDを増やす — 作例3・作例4(水準三)
### 直列接続と並列接続
複数の部品を1本の道のようにつなぐ**直列(水準三: 複数の部品を1本の経路上に順番につなぐ接続方法。同じ電流がすべての部品を通る)**と、複数の部品を並べて別々の道を作る**並列(水準三: 複数の部品を2本以上の経路に分けてつなぐ接続方法。各経路に電流が分かれて流れる)**は、回路設計の最も基本的な選択である。
### 作例3: LED2個の直列接続(検算2)
LED2個を直列につなぐと、電池電圧から2個分のLEDの順方向電圧をまとめて差し引く必要がある。赤色LED2個(それぞれ順方向電圧2V)を9V電池で目標電流10mAで駆動する場合の抵抗値は次のとおりである。
```
直列2灯の抵抗値 = (9V - 2V×2個) ÷ 0.01A = (9V - 4V) ÷ 0.01A = 500Ω
```
直列にした2個のLEDは常に同じ電流が流れるため、どちらか一方が接触不良で切れると、もう一方も同時に消える。これが直列接続の弱点でもある。
### 作例4: LED2個の並列接続
同じ2個のLEDを、それぞれに専用の抵抗をつけて並列につなぐと、各LEDにかかる電圧は1個分の順方向電圧(2V)で済み、検算1と同じ700Ωの抵抗をそれぞれに使える。並列接続では、1個のLEDが切れても、もう一方は独立して光り続ける。回路全体で見ると、2本の経路にそれぞれ10mAずつ流れるため、電池から見た合計電流は次のように増える。
```
並列2灯の合計電流 = 0.01A × 2灯 = 0.02A(20mA)
```
直列は部品(抵抗)を1つにまとめられる代わりに1灯の故障が全体に波及し、並列は各灯が独立する代わりに電池の消費電流が灯数に比例して増える、というトレードオフがある。
> **定着量の目安**: 作例3(直列500Ω)と作例4(並列・各700Ω)を組み分け、検算2の式を自力で立てられたら、第三章は定着。
---
## 第四章: スイッチと可変抵抗で回路を操作する — 作例5・作例6(水準三)
### 作例5: プッシュスイッチでLEDのON/OFF
作例1の回路の途中に**スイッチ(水準三: 回路を物理的につないだり切ったりして、電流を流す・止めるを切り替える部品)**を直列に追加する。プッシュスイッチは押している間だけ内部の接点が閉じて電流が流れる部品であり、指を離すと回路が切れてLEDが消える。スイッチをどこに挿入しても(抵抗の前でもLEDの後ろでも)回路全体が1本の直列経路であれば動作は変わらない、という直列回路の性質を実際に確かめられる作例である。
### 作例6: 可変抵抗(ボリューム)で明るさ調整
**可変抵抗(かへんていこう、水準三: つまみを回すことで抵抗値を連続的に変化させられる部品。ボリュームとも呼ばれる)**を電流制限抵抗の代わりに(または固定抵抗と直列に)組み込むと、つまみを回すたびにLEDに流れる電流が変わり、明るさが連続的に変化する。可変抵抗の抵抗値を最小(0Ω付近)にしたまま使うと、検算1のような制限がなくなり過大な電流が流れる恐れがあるため、作例6では必ず固定抵抗(たとえば330Ω程度)を可変抵抗と直列に入れて下限を確保してから調整する。
> **定着量の目安**: 作例5でスイッチの位置を入れ替えても動作が変わらないことを確認し、作例6で可変抵抗の下限に固定抵抗が必要な理由を説明できたら、第四章は定着。
---
## 第五章: トランジスタでスイッチングする — 作例7(水準四)
### トランジスタという小さな電流の門番
**トランジスタ(水準四: 小さな電流(ベース電流)の大小によって、それよりずっと大きな電流(コレクタ電流)の流れを制御できる半導体素子)**は、現代の電子回路のほぼすべてに使われている基本部品である。NPN型トランジスタには3本の足(ベース・コレクタ・エミッタ)があり、ベースに少しだけ電流を流すと、コレクタ-エミッタ間に大きな電流を流せる状態(オン)になる。作例7では、小さなベース電流で大きなコレクタ電流を制御するというトランジスタの働きを、LEDのスイッチングを通じて体験する。
### 作例7: トランジスタでLEDをスイッチング増幅(検算3)
コレクタ側に検算1と同じLED+抵抗の回路をつなぎ、エミッタを電池のマイナス側に、ベースには別の抵抗(ベース抵抗)を介して電池のプラス側の信号を入れる。**hFE(えいちえふいー、電流増幅率、水準四: コレクタ電流をベース電流で割った比率。トランジスタごとにおおよその規格値が示されている)**が100程度の汎用トランジスタで、目標のコレクタ電流を検算1と同じ0.01A(10mA)としたとき、必要なベース電流は次のように求められる。
```
必要なベース電流 = コレクタ電流0.01A ÷ hFE100 = 0.0001A(0.1mA)
```
ベース-エミッタ間には約0.6Vの電圧降下があるとされるため、電池電圧9Vからベース抵抗にかかる電圧は`9V-0.6V=8.4V`となり、ベース抵抗の値は次のように計算できる。
```
ベース抵抗値 = (9V - 0.6V) ÷ 0.0001A = 84,000Ω(84kΩ)
```
84kΩぴったりの抵抗がなければ、近い規格値の82kΩなどを選ぶ。ベース側の回路をスイッチで開閉すれば、わずか0.1mA程度の電流の有無で、10mAのLED回路をオン・オフできることが確かめられる。これは、後の555タイマー(第八章)がIC内部でLEDや音を制御する仕組みの土台にもなる考え方である。
### hFEは個体差があるという注意
hFE(電流増幅率)は、同じ型番のトランジスタでも製造個体によってばらつきがあり、データシートには最小値・標準値・最大値が幅を持って示されていることが多い。検算3では計算をわかりやすくするためにhFE=100という仮の値を使ったが、実際に使うトランジスタのhFEがこれと異なる場合は、検算3の式のhFEを実際の値に置き換えて計算し直す必要がある。ベース抵抗の値に幅を持たせて(たとえば計算値より小さめの抵抗にして、ベース電流をやや多めに流せるようにして)おくと、hFEのばらつきがあってもLEDが確実に点灯する余裕を確保しやすい、という設計上の工夫も知られている。
> **定着量の目安**: 作例7を組み、検算3の「ベース電流0.0001A」「ベース抵抗84kΩ」を自力で導出できたら、第五章は定着。
---
## 第六章: コンデンサの時定数でタイミングを作る — 作例8(水準四〜五)
### コンデンサという電気の小さな貯め皿
**コンデンサ(水準四: 電圧をかけると電気を蓄え、電圧を切ると蓄えた電気を放出する部品。単位はF(ファラド)、実用では µF(マイクロファラド)がよく使われる)**は、抵抗と組み合わせることで、電流や電圧がゆっくり変化する回路を作れる。抵抗Rとコンデンサ CをつないだCR回路が持つ「変化のゆっくりさ」を表す指標が**時定数(じていすう、水準五: 抵抗値R×静電容量Cで求まる時間の目安。この時間が経つと、コンデンサの充電・放電がおよそ63%進むとされる)**である。
### 作例8: コンデンサの時定数でLEDをゆっくり点滅(検算4)
トランジスタのベースに抵抗とコンデンサを組み合わせた回路をつなぐと、コンデンサの充放電にかかる時間だけベースの電圧がゆっくり変化し、作例7のLEDが一瞬でオン・オフするのではなく、じわっと点いてじわっと消えるような動きを作れる。抵抗100,000Ω(100kΩ)とコンデンサ0.0001F(100µF)を組み合わせた場合の時定数は次のとおりである。
```
時定数τ = 抵抗100,000Ω × コンデンサ0.0001F = 10秒
```
時定数が大きいほど、LEDの明るさの変化はゆっくりになる。抵抗を10分の1(10,000Ω)にすれば、時定数も10分の1(1秒)になり、より速い変化になる。作例8では、抵抗値を差し替えながら、時定数と体感できる速さの関係を確かめる。
> **定着量の目安**: 作例8を組み、検算4の時定数の式(R×C=τ)を自力で立て、抵抗を変えたときの時定数の変化を計算できたら、第六章は定着。
---
## 第七章: はんだ付けの基本と安全 — 作例9(水準五)
### はんだ付けとは何をする作業か
**はんだ付け(水準五: はんだごてで金属(はんだ)を溶かし、部品の足と基板の配線パターンを電気的・機械的に接続する作業)**は、ブレッドボードで確かめた回路を「常設の1枚の基板」に固定するための技術である。ブレッドボードは差し込むだけなので抜けたり接触不良を起こしたりしやすいが、はんだ付けした回路は振動を受けても接続が保たれる。
### 安全注記(必読)
はんだごての先端は摂氏300度前後の高温になり、直接触れると重いやけどを負う。作業は必ず換気の良い場所で行い、はんだの煙(ヒューム)を長時間・至近距離で吸い込まないようにする。使用中・使用直後のこて先は必ず専用のこて台に置き、コード部分やプラスチックに触れさせない。作業台には燃えやすい紙や布を置かない。子どもが作業する場合は、必ず保護者など大人が付き添うこと。本冊が扱う回路はすべて低電圧(乾電池・USB)なので感電の危険は小さいが、はんだごて自体の熱と、はんだを切るニッパーなどの工具による怪我には注意が必要である。作業後は手を洗い、はんだごての電源を必ず切ったことを確認する。
### 作例9: はんだ付けでLED回路をユニバーサル基板に固定
作例1・作例2で組んだLED+抵抗+電池の回路を、部品の足が差し込める穴が並んだユニバーサル基板の上に配置し、抵抗とLEDの足を基板の裏側で軽くひねって仮固定してから、こて先を部品の足と基板のランド(金属の丸い部分)の両方に数秒当てて温め、そこにはんだを供給して溶かして接続する。冷めるまで部品を動かさないことが、接続不良を防ぐ最大のコツだとされる。仕上がった基板は、ブレッドボードのときと同じ検算1の抵抗値(680Ω付近)であれば、同じ明るさでLEDが点灯するはずである。
### はんだの種類と道具の手入れ
はんだには、鉛(なまり)を含む共晶はんだと、鉛を含まない鉛フリーはんだの大きく2種類がある。鉛フリーはんだは人体や環境への配慮から広く使われるようになった一方、共晶はんだに比べて溶ける温度がやや高く、こて先の温度設定を少し高めにする必要があるとされる。作業を終えたら、こて先に残ったはんだをスポンジやワイヤークリーナーで軽く拭き取り、こて先を酸化(黒ずみ)から守ることも、道具を長持ちさせるための基本的な手入れとして知られている。
> **定着量の目安**: 安全注記(高温・換気・こて台)をすべて言えるようになり、作例9で1個以上のLED回路をユニバーサル基板に固定できたら、第七章は定着。
---
## 第八章: 555タイマーICで発振回路を作る — 作例10前半(水準六)
### 555タイマーICとは
**555タイマーIC(水準六: 抵抗とコンデンサの値を変えるだけで、一定間隔で電圧がオン・オフを繰り返す発振回路や、一定時間だけオンになるタイマー回路を作れる、8本足の小さな集積回路)**は、1970年代に登場して以来、電子工作の定番部品として広く使われてきたとされる。内部にはトランジスタやコンパレータ(電圧を比較する回路)が組み込まれており、外付けの抵抗2本とコンデンサ1個の値を選ぶだけで、繰り返しの周期を自由に設計できる。
### 非安定回路と発振周波数(検算5)
555タイマーを、外部の抵抗R1・R2とコンデンサCで組んだときに、出力が自動的にオン・オフを繰り返し続ける接続方法を**非安定回路(水準六: 555タイマーの代表的な使い方の一つで、外部からの信号なしに出力が自動的にオン・オフを繰り返す発振回路)**と呼ぶ。この非安定回路が繰り返す周波数(1秒間に何回オン・オフを繰り返すか)は、次の式で計算できるとされる。
```
発振周波数f = 1.44 ÷ ((R1+2×R2)×C)
```
R1=2,000Ω(2kΩ)、R2=5,000Ω(5kΩ)、C=0.0001F(100µF)としたときの発振周波数は次のとおりである。
```
発振周波数f = 1.44 ÷ ((2,000Ω+2×5,000Ω)×0.0001F) = 1.44 ÷ 1.2 = 1.2Hz
点滅の周期T = 1 ÷ 1.2Hz ≈ 0.833秒
```
R1・R2ぴったりの規格品がない場合は、E24系列の近い値(2kΩ→2.2kΩ、5kΩ→4.7kΩまたは5.1kΩ)から選んでもよい。その場合、上の式のR1・R2を実際に選んだ抵抗値に置き換えて計算し直せば、実機に近い周波数の見積もりになる。
### 作例10前半: 555タイマー非安定回路でLED点滅
555タイマーの出力足(3番足)に、検算1と同じ考え方の電流制限抵抗とLEDをつなぐと、上で計算した約0.83秒周期でLEDがゆっくり点滅する回路が完成する。R2の値を大きくするほど周期が長くなり、小さくするほど周期が短くなることを、抵抗を差し替えながら確かめられる。たとえばR2を5kΩから10kΩに倍増させると、分母の(R1+2×R2)が2,000+20,000=22,000となり、周波数はおよそ0.65Hzまで下がって点滅がさらにゆっくりになることも、同じ式で事前に見積もれる。
> **定着量の目安**: 検算5の発振周波数の式を自力で立て、R1・R2・Cを変えたときに周期がどう変わるかを説明できたら、第八章は定着。
---
## 第九章: 555タイマーで音を鳴らす・応用と次の一歩 — 作例10後半(水準六〜七)
### 圧電スピーカーで音に変える
LEDの点滅は目に見える変化だが、555タイマーの出力を**圧電スピーカー(水準六: 電圧の振動を薄い板の振動に変え、音を出す部品)**につなぐと、同じオン・オフの繰り返しが耳に聞こえる音の高さ(周波数)として体験できる。検算5で1.2Hzという値を計算したが、これは1秒間に1回程度のゆっくりした点滅であり、耳に聞こえる音にするには、もっと速い繰り返し(数百Hz〜数千Hz程度)が必要になる。Cを0.0001F(100µF)から0.0000001F(0.1µF、1000分の1の値)程度まで小さくすると、同じ式のCが分母にあるため、周波数は逆に大きくなり、音として聞こえる範囲に近づく。
### 作例10後半: 555タイマーで圧電スピーカーを鳴らす
作例10前半のLED回路と並行して、555タイマーの出力足にLEDと同様の考え方で圧電スピーカーを接続し、Cの値をLED点滅用の100µFから小さい値(0.01µF〜0.1µF程度)に差し替える。Cを小さくするほど音の高さが上がっていく体感を確かめることが、作例10後半のねらいである。LED点滅(前半)と音(後半)は、どちらも同じ非安定回路の出力を、つなぐ部品(LEDか圧電スピーカーか)とCの値だけで使い分けているにすぎない、という共通点に気づければ、本冊全体の総仕上げになる。
### 次の一歩
本冊で扱わなかった内容としては、555タイマーの単安定回路(一定時間だけオンになるタイマー動作)、複数のICを組み合わせたより複雑な回路、マイコン(小さなコンピュータ)を使ったプログラム制御などがある。これらは接続先に挙げたBOOK-0300やBOOK-0311(センサーとマイコンの実践)で扱われる範囲であり、本冊の10作例を組み終えた後の次の一歩としてふさわしい。
### デューティ比という考え方
555タイマーの非安定回路は、オンの時間とオフの時間が必ずしも同じ長さにはならないという性質を持つ。1周期のうちオンになっている時間の割合を**デューティ比(水準七: 1周期の中で出力がオンになっている時間の割合)**と呼び、標準的な非安定回路ではオンの時間がオフの時間よりやや長くなる(デューティ比が50%を超える)ことが知られている。LEDの点滅では気づきにくい違いだが、音として聞いたときには、オンとオフの長さの違いが音色のわずかな違いとして感じられることがある。より対称に近いオン・オフ比が欲しい場合は、ダイオードを追加するなどの改良回路が知られているが、これは本冊の範囲を超えるため、次の一歩として名前だけ触れておく。
> **定着量の目安**: 作例10後半を組み、Cの値を変えると音の高さが変わる理由(周波数の式の分母にCがあるため)を説明できたら、第九章は定着。
---
## まとめ — LED1個から10作例まで、手で覚えた電子工作の道のり
本冊では、ブレッドボードの仕組みを知ることから始め、LED1個の点灯(作例1)、オームの法則による抵抗選び(作例2)、直列・並列でのLED増設(作例3・作例4)、スイッチと可変抵抗による操作(作例5・作例6)、トランジスタによるスイッチング(作例7)、コンデンサの時定数によるタイミング制御(作例8)、はんだ付けによる常設化(作例9)、そして555タイマーICによる発振回路でのLED点滅と音の生成(作例10)まで、合計10作例を順番にたどってきた。
本冊を通じて一貫していたのは、乾電池やUSBなど低電圧の範囲に限定し、家庭用コンセントの100Vなど高電圧・商用電源の作業は本冊の範囲外とした、という安全の一線である。この一線の内側であっても、オームの法則・直列並列・時定数・発振周波数といった計算を自分の手で確かめながら回路を組む経験は、次巻のBOOK-0300(回路の読み方と設計)やBOOK-0311(センサーとマイコンの実践)につながる土台になる。10作例をすべて自分の手で組み上げたとき、本冊の定着量の目安は達成されたことになる。
電子工作は、理論を読むだけでは得られない「手を動かして確かめる」という経験そのものが価値になる分野である。抵抗を1本差し替えて明るさが変わる瞬間、コンデンサを差し替えて点滅の速さが変わる瞬間、ベース電流のわずかな変化でLEDのオン・オフが切り替わる瞬間を、自分の目と手で確かめることを、ぜひ焦らずに味わってほしい。うまく光らない・音が鳴らないという失敗もまた、配線のどこが間違っていたかを検算の式に立ち返って見直す、良い練習の機会になる。10作例を組み終えたら、色を変えたLEDで検算1をやり直す、抵抗値を変えて検算4・検算5の数字がどう動くかを確かめるといった「自分だけの11作例目」を作ってみることも、本冊で身につけた考え方を血肉にする良い次の一歩になるだろう。光る石は、もう不思議な魔法ではなく、自分の手で計算し、選び、組み立てられる道具になっているはずである。
# BOOK-0301 電子工作の実践 第1巻 — ブレッドボードからはんだ付けまで(実践工学シリーズ)