零電完全理解(03) コンデンサ

(※ニコニコ動画「零からの電子工作」シリーズは私の作ではなく、剣菱P氏という別の方です。私は動画を見て学ぶ側です。)



今回のコンデンサ、次回のレギュレータの回の追加情報を見ることで、
電子工作の初心者にとって最大の謎パーツ「コンデンサの役割・概要」がものすごく理解できます。
ゼロタンクをほぼコンデンサなしで組み立てていたことが今となっては恐ろしいです。
なお、自分用に勝手に補足を足したりしているのは完全理解のためのご愛敬です。



零からの電子工作 第3回:コンデンサ(前後編)
http://www.nicovideo.jp/watch/sm12645659



復習1)抵抗とLEDの順番を逆にすると? → 問題なし。

復習2)その構造が一目瞭然の大きな可変抵抗で理解


3_1.jpg
左右の金属が接点、渦巻き状の棒が抵抗、中心の金具がスライドボリューム。


復習3)電流とは何か? クーロンとは何か?

3_2.jpg
電気(電荷)がパイプを通っていると見立てる。
電荷のつぶつぶの量の単位をクーロンとすると、
1秒間に1クーロンの電荷が通過する量を1アンペアとしている。
(一般的に、クーロンをQ、電流をIとする。)


復習4)電圧とは何か?

電荷を押し出す力。
電気を水にたとえるならば、高さのエネルギー。


復習5)抵抗とは何か?

パイプを細めて電荷の通る量を少なくすること。


復習6)回路の入り口の電圧が6V,出口の電圧が6Vならどうなるか?

入り口6V→出口0Vの時=6V(電気は流れる。)
入り口6V→出口4Vの時=2V(電気の流れる量が小さくなる。)
入り口6V→出口6Vの時=0V(電気は流れなくなる。)

電位差によって流れる電圧、方向は変わってくる。
ので、電池を一部逆に入れたりすると壊れるし、電源を2つ以上混ぜて扱うのも難しい。




【コンデンサ】

1)コンデンサの記号。

3_3.jpg
左が積層セラミックコンデンサ。右が電解コンデンサ。



2)コンデンサの表面の表記

3_4.jpg
電解コンデンサ:100μF(マイクロファラッド) 16Vとある。
100μF:容量
16V:耐電圧。この場合は半分の8V以下あたりで使う。

3_5.jpg
積層セラミックコンデンサ:104
10×10^4 pF(ピコファラッド)


単位について。
1m(ミリ) = 1000μ (マイクロ)
1μ     = 1000n(ナノ)
1n     = 1000p(ピコ)


※ちなみにパーツ本体に表記がないが、この104コンデンサの耐電圧は50V


3)コンデンサの極性

積層セラミックコンデンサには極性がない。
電解コンデンサはパッケージが白くなっている方の足がマイナス。
プラスは足が長い。
コンデンサを逆に繋ぐと、爆発する。



4)コンデンサの2つの役割

その1:電荷を蓄える。
その2:交流は通すが、直流は通さない。(ノイズキャンセル)



5)直流と交流。

3_6.jpg
直流は電気の方向が一定。
交流は時間と共に電気ほ方向が変化する。



6)「Q=CV」とは何か。

Q:クーロン
C:静電容量(単位ファラッド)
V:電圧

3_7.jpg
コンデンサをバケツに見立て、
バケツの底面積をC、
溜まった量の高さをVとする。
C×V=Q(電荷の量)となる。




7)直流にコンデンサを繋ぐと?

最初:6Vの電流を繋いだ時、コンデンサの電圧は0Vなので電気が溜まる。
3_8a.jpg


次:コンデンサに電気が溜まるほど、抵抗にかかる電圧が下がり、
  V=IR(抵抗は一定)により、電流も下がっていく。
3_8b.jpg


最後:コンデンサの電圧が最高に達する。
   抵抗にかかった電圧は0になり、V=IRより、流れる電流も0となる。
   そこで万事停止。



8)6V電源→抵抗(100kΩ)→コンデンサ(100μF)の順で繋ぎ、
  コンデンサの両端の電圧を測ると?

0Vから徐々に電圧が上がっていく。40秒ほどで充電完了し、電圧6V付近で止まる。



9)8)のコンデンサが充電された状態から、
  電源を外して電圧を計測するとどうなるか?



3_8c.jpg
6Vから徐々に電圧が下がっていく。40秒ほどで放電完了し、電圧0V付近で止まる。



10)8)の回路の抵抗を小さく(たとえば470Ω)にすると、どうなるか。

1秒未満で満充電される。
前回は抵抗が大きくチョロチョロと電流が流れたが、
今回は抵抗が小さいのでドバッと電流が流れた。



11)8)の回路から抵抗をなくすと、どうなるか。

結論から言うと、抵抗は不要。



12)コンデンサに抵抗が不要な理由は?

コンデンサーの中身は、絶縁体。
絶縁体の間にある誘電体が電極分離し、内側から外側の極の電荷を引きつけ、保持している。
3_9.jpg


実際は電流が流れておらず、見かけ上流れているように見えるだけ。
なので壊れない。



13)レールガンの工作でコンデンサをたくさん詰む理由は?

コンデンサーは瞬時に大電流を流せる特性があるため。



14)実験1:充電されたコンデンサー(100μF)で、LEDを光らせる。

LEDは一瞬だけ光る。



15)電気二重層コンデンサー(スーパーキャパシター)


3_10.jpg
耐圧5.5Vと低いが、容量1.0Fもある。



16)実験2:スーパーキャパシターを充電し、LEDをつける。

耐圧に合わせ電源を3Vに。(充電には抵抗不要。)
LEDに2V,10mAを流すと決めると、抵抗は100Ωとなるので、
この回路の電源を充電されたスーパーキャパシターにすると、
結果、LEDは数分持つ。

3_11.jpg
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二名川(ニナガワ)

Author:二名川(ニナガワ)
ホビーロボットをレトロゲームが発展したものと捉えて楽しく遊び倒します。
子供が夢を見ている時間帯に稼働します。

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■作成中の機体
汎用ヒト型決戦遊具 ~RX計画~
RX-7.5 ゼロタンク
RRf-0.6 ゼニィ
RXM-7.9 ゼムネス
RX-7.5R 量産型ゼロタンク
RX-7.5Fp ファミタンク仮設1号
RX-7.7 ゼロキャノン
RX-7.8 ゼログレイ
SMS-0.1 ゼロライナー
以下続く

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