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電子工作

[初心者向けラズパイ電子工作]ラズパイ(Raspberry Pi)でLEDを点灯させてみよう!

初心者でも簡単にできる!ラズパイ(Raspberry Pi)でLEDを点灯させてみよう!

今回は、ラズパイ(Raspberry Pi)で電子工作の基本であるLEDを点灯させる方法を解説します^^

 

ラズパイ(Raspberry Pi)でLEDを点灯させるために必要な機材

ラズパイ(Raspberry Pi)でLEDを点灯させるために必要なものは下記の機材が必要です。

1.LED点灯に必要な機材一覧

  1. Rasberry Pi3 Model B+
  2. LED(ここでは赤色を使用します。)
  3. 抵抗器(茶黒赤金で1kΩ)
  4. ジャンパーワイヤー線(オス-メスを使用)
  5. ブレッドボード

 

ラズパイ(Raspberry Pi)

ココに注意

最新はラズパイ4ですが、ラズパイ3b+が安価かつ最もよく使われているモデルです!しかし、近年の需要と共に価格が高騰し始めているので今のうちに購入しておきましょう!

LED

今回は、赤く点灯するLEDを使用していますが、色は青や緑を点灯させても問題ありません^^

2.LEDのプラスとマイナス

 

抵抗器(茶黒赤金)

3.抵抗器

ジャンパーワイヤー

3_ジャンパーワイヤー(オス-メス)

3_ジャンパーワイヤー(オス-メス)

 

ブレッドボード

1_ブレッドボード(標準サイズ)

1_ブレッドボード(標準サイズ)

 

まずは点灯させるLEDについて知ろう!

点灯させる前に、使用する部品の用途や特徴を知っておきましょう!

2.LEDのプラスとマイナス

 

LEDは、発光ダイオードのことです。

発行ダイオードというのは、電圧をかけると順方向に電流を流すので、それにちなみ発光するダイオードという意味をもっています。
LEDもダイオードの一種なのである一定の電圧を加えると点灯するようになります。
また、ダイオードなどの半導体は方向性があり極性をもっています。

LEDは、逆方向に電圧をかけると光りません。
また、逆方向に電圧をかけると破損する恐れがあります。

線が長いほうがプラス(+)、アノードと呼びLEDの線が短いほうがマイナス(-)、カソードと呼びます。

ラズパイ(Raspberry Pi)で使用するLEDを調べてみよう!

今回、使用するLEDのおおよそのスペック(性能)は…

  • 径:5mm
  • 色:赤色
  • 順方向電圧:2.1V
  • 順方向電流:最大定格30mA

となっています^^

「径」は、大きさ(サイズ)を示すもので、一般的に3mm、5mmが使用されることが多いです。
径の制限は特にないため、お好きなものを選択しても大丈夫です^^

 

LEDの発光原理

今回、点灯させるために使用するLEDは「砲弾型」と呼ばれる形状です。
光量を効率的に取り出す
ために空気とLEDチップ間に屈折率を設けることで光を拡散しています。
今回、使用するLEDの最大定格は30mAなので、最大定格以上の電流を流すとLEDは壊れてしまいます。

また発光原理は、発光部に半導体(電気を通すものと電気を通さないものの中間の物質)が使用されているため、n型の半導体(電子、負の電荷)とp型の半導体(正孔、正の電荷)との接合によって点灯します。

 

抵抗器の役割

3.抵抗器

抵抗器の役目は「電流流れにくくする」ものです。
単位はΩ(オーム)です。極性はありません。

ラズパイ(Raspberry Pi)からは5Vの電圧で電流が流れてきますが、使用するLEDは前述のとおり2.1Vしか受け入れられないため5Vの電圧を抵抗器を使用して2.1V以下に電圧を下げてあげる必要があります。(降圧といいます。)

画像の抵抗器は炭素被膜抵抗器と呼ばれるタイプで、電子工作によく使われる最も一般的な抵抗器です。
抵抗器の写真では茶黒赤といった配色になっております。

この配色によって抵抗の強さを判別できるようになっています。
判別の方法は次項で解説します。

抵抗の値を判別する方法

配色から抵抗値を読み取る方法があります。

茶色は1(10=10^1)

黒色は0

赤色は2(100=10^2)

といった算出ができます。

これらは1 0 00(=1kΩ)となります。

カラーコードとも呼び、色によって数字が違います。
金は誤差を示しており、抵抗値の5%、つまり9,500Ω~10,500Ωの値の幅を持っています。

 

例えば茶黒茶でしたら、茶黒赤の10分の1の値になりますので100Ωとなります。
今回は1kΩ(キロオーム)の抵抗器を使用します

 

ラズパイ(Raspberry Pi)からLEDに流す(流れる)電流の計算方法

流れる電流/流す電流の計算方法について解説します。

LEDは、規格以上の電流を流すと壊れてしまいます。このため抵抗をつけることで破損を回避します。
また、破損を回避させるような計算方法があります。

LEDのスペックを参考にし、抵抗器と組み合わせることでどの程度電流が流れているか理論的に計算できます。
小学生、中学生の時に習ったおなじみの計算式を使用します^^

(電源電圧ー順方向電圧)[V]÷流したい電流[A]=抵抗値[Ω]・・・(1)

式を変形すると…

流したい電流[A]=(電源電圧ー順方向電圧)[V]÷抵抗値[Ω]・・・(2)

となります。

 

ラズパイから電源を供給するので、(5V-2.1V)÷1kΩ≒3mAなので最大定格的に全然問題ありません。
目視で確認できる明るい発光になると考えられます。今回は点灯することが目的なので、この値を使用します。

また、他にも下記のポイントを考慮しておく必要があります。

  • LEDに加える電圧は、電源電圧を順方向電圧以上にしてください。電源電圧が順方向電圧以下だと駆動しません。
  • 発光体によって順方向電圧に違いがあり、一般的に赤色は2.0V白や青色は3.5Vとなっています。
  • 抵抗器の数値が低ければ低いほど明るさを増し、抵抗器の数値が高ければ高いほどLEDは明るさが減ります。

 

ラズパイ(Raspberry Pi)でLEDを点灯させる手順

点灯させるための回路図は下記のとおりです。

4.配線図

緑色の板がラズベリーパイで赤色の足がでているものはLED、その下に抵抗器があります。

接続方法は、ラズパイ本体左上のピンに接続したオレンジ色のジャンパーワイヤー線から電圧5Vを供給し、抵抗通過後LEDのプラス側を通り、LEDのマイナス側を通ったあと緑色の線がラズベリーパイ側の0V(GND)を通ります。

赤色の横にのびている矢印は、ブレッドボードの横が全てつながっていることを表しています。
なので、下の絵のような写真のような配線をするとNGです。

5.配線時の注意

オレンジ色は横につながっており、赤色、青色は縦につながっています(導通があります)。
短絡(たんらく)するという意味は抵抗分がほぼ0なのでたくさんの電流が流れてしまい回路が壊れてしまいます。

 

ラズパイ(Raspberry Pi)の実際の配線

配線イメージ図の配線を見ながら、点灯するように配線してみます。

   6.実際の配線全体図

 

配線箇所が分かるよう拡大しています。

7.実際の配線全体図アップ

 

挿す位置のPIN番号が分かるように拡大すると、下図のようになります。

8.実際の配線全体図詳細

 

ラズパイ(Raspberry Pi)でLED点灯させた様子

ラズベリーパイに電源を入れると点灯します^^

9.LED点灯状態

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