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■■■　はんだ付けしない電子工作教室　■■■

・半田付けの代わりに圧着端子を使った工作例を紹介しています。
　工作例：LEDがふんわり消える回路，チラッチラッと光る回路，点滅する回路，電子サイコロ
・同じ回路図でも，底板やスペーサの選び方によって手作り感やオリジナリティの高い仕上げが可能です。
・回路の動作説明は，初心者向けの平易な説明と，回路学習用の技術解説の２つを付けました。

最近の更新（以前の更新）
2012/08/13　”電子じゃんけん”の回路を修正。
2012/08/05　”電子じゃんけん”を追加。
2011/07/30　”LEDによる北斗七星”を追加。

　〜〜　目次（基礎編）　〜〜

• 作り方　2011/1/17 購入先例更新
• 危険事項　電池の高温発熱についての注意，金属底板の切り欠きについての注意，など　2011/1/27 追加
• 回路図の見方　2011/1/15 更新
• 部品の基礎知識　2011/1/15 追加
• 技術解説を読むための基礎知識　2011/1/17 追加

　〜〜　目次（工作編：　ディスクリートの章）　〜〜

• ＬＥＤ（発光ダイオード）がふんわり消灯する回路　（CR時定数回路）
• ＬＥＤ（発光ダイオード）による北斗七星（単純点灯回路）　2011/7/30 追加
• ＬＥＤがチラッ，チラッと点灯する回路　（弛張発振器）
• ＬＥＤが点滅する回路　（無安定マルチバイブレータ）

　〜〜　目次（工作編：　ロジックＩＣの章）　〜〜

• 電子サイコロ　（シフトレジスタ　74HC164）
• 電子じゃんけん（シフトレジスタ　74HC164）　2012/8/13 更新

●作り方

【手順概略】
�@電子部品の足にねじ止め用の金具（圧着端子）を取り付けます（�Bを先にやっても良いです）。　

�Aスペーサ（支柱）に電子部品をねじ止めします（�Bを先にやっても良いです）。

�Bスペーサ（支柱）を底板にねじ止めします（回路実験だけなら底板無しでもＯＫです）。

【圧着端子の種類】
　圧着端子は，ホームセンターや電設パーツ屋さんで売っています。買うのは，「丸形（Ｒ形）裸圧着端子」という種類です。寸法規格としては，次のような種類があります。

★LED（発光ダイオード）に圧着端子を取り付ける場合は，後で極性が分るように目印をつけておきます。足の短い方がマイナス（カソード）側です。電解コンデンサにも極性がありますが，極性マーク（マイナス）がケースに表示されているので迷うことはないでしょう。

★ICのように端子間隔をあまり広げられない場合は，IC端子に延長用の配線材を付けます。この場合は，0.5-3または1.25-3の圧着端子からネジ穴部分を切り取ってパイプの部分だけにし，そこIC端子と配線材を差し込んで圧着します（電子サイコロの製作例参照）。

【配線材】
　部品だけでは配線距離が足りない場合は，スズメッキ線などの配線材または0Ω抵抗に圧着端子を取り付けます。
・電子パーツ屋さんで買った0.65mmφ（#22相当）のスズメッキ線（裸線）を使って見たところ，圧着しやすく，曲げても形状が安定していて良い感じです。
・絶縁電線を使いたい場合は，単芯線（KQE-0.5mm (#24相当)）が適します。これも曲げた形状が比較的安定しています。（電線専門店へ行けば，単芯線で芯径0.65mm前後の物が見つかるかもしれませんが，まだ探してないです）

【スペーサ（支柱）】
　スペーサとしては，絶縁性の観点からジュラコン・スペーサ（オス・メス型）が良いでしょう。通販の場合，50個以上購入の場合は廣杉計器が安いようです。１個単位とかではマルツ電波などで購入できます。

【底板の種類】
　展示する場合は可搬性を考慮して底板を取り付けると良いでしょう。底板の材質は，プラスチック，木，ベーク，あるいは厚紙でも良いと思います。最初から３ミリ穴が開いているパンチング・メタルを使うと楽です。

●パンチング・メタル
　東急ハンズ（町田店）には手ごろなサイズで300円台〜各種ありました。右の写真は2010年8月に購入したものです。左から�@100x200x1t，3.5横長穴，￥430，�A100x200x1t，3ミリ穴ｘ5ミリピッチ，￥430 (黒は￥520)，�Bカラー各種150x150x0.5t，3ミリ穴ｘ5ミリピッチ，￥318（225x300は￥807）

●蒸し器目皿
　ダイソー（100円ショップ）で買った105円の蒸し器目皿（足つき）。パンチング・メタルの代わりになるか・・・（^^;

●ファンシートレイ
　これもダイソーで105円でした（裏返した状態）。一応ねじ止めで来ます。絶縁性の底板として良いかも。

●危険事項　2011/1/27 追加

【電池の高温発熱についての注意】

電池をショートしたり，逆接続したりすると，電池が高温発熱し，やけどや火災の原因となりますので十分注意願います（特に小さいお子様がいる場合）。

• ショート防止（１）：電池ボックスの＋，−のリード線が同じ長さだとショートしやすいので，片方のリードを短くする。
• ショート防止（２）：金属製の底板に電池ボックスの＋，−のリードが触れてショートするのを防ぐため，リード線を絶縁性の支柱に取り付けるまでは電池を入れない。
• 逆接続防止　　：電池３本以上の電池ボックスの場合は必ず極性チェックし，電池挿入時あるいは最初に動かすときに発熱してないか触ってみる。（１本だけ極性を逆にすると，逆充電状態となって小電流でも発熱します）

【金属底板の切り欠きについての注意】

市販のパンチング・メタルには切り欠き部分がとがっていて怪我しやすいものがあります。金切り鋏でとがった部分を丸く切ったり，ビニル・テープでとがった部分を覆ってしまうなどの対策をした方が良いでしょう。

【電解コンデンサ（ケミコン）の破裂・飛散についての注意】

特に電源や電池に電解コンデンサを逆極性で直接接続すると，破裂・飛散する可能性があります。極性を十分確認するとともに，電源を投入してから数分は目を近づけないなどの用心をするのが良いでしょう。

●回路図の見方　2011/1/15 更新

　使用する部品の回路記号と端子名称は以下のとうりです。

・抵抗
　伝統的に使われているのが右の記号です。現在の規格（JIS C0617-4，IEC 60617-4）の記号だと長方形の箱になります。一般雑誌では，電子工作マガジンは新記号になってますが，トラ技（トランジスタ技術）は旧記号のままです。私も当分旧記号のままです。

・コンデンサ
　左側の記号が極性のないコンデンサです。写真左2つに対応します。
　右側の記号が極性（＋，−）のあるコンデンサです。ただし現在のJIS記号では，斜線部分がありません。
　有極性のコンデンサは，足が短い方がマイナス側です。ある程度の大きさがあれば，本体ケースにも＋，−の記号が印刷されています。小さなものや足のないもの（チップ部品）になると，＋側を示す帯のみとなります。

　　・ＬＥＤ（発光ダイオード）
　足の短い方がカソードです。現在のJISの記号だと斜めの矢印が上向きで2本です。

・ダイオード
　現JIS記号だと，アノードからカソードに直線が引いてあります。
　色々な形状がありますが，たいていカソード側に帯が表示されています。写真は最近では消滅しつつあるガラス封止タイプ（写真左から，スイッチング用1S955，検波用1N60，整流用200V3A）。

　　・トランジスタ（バイポーラ）　
　写真は工作用として良く使われるTO-92という外形名称のものです。国産の代表的なトランジスタの足(リード)は，品名の書いてある方の左からエミッタ，コレクタ，ベースとなっています。海外品だと真ん中がベースのものがある（多い？）ようです。

　　・MOS-FET（絶縁ゲート形　電界効果トランジスタ）
　2SK2961（NチャネルMOS-FET）は，TO-92形の外形（ただしロングボディ）で，端子は品名の書いてある方の左からソース，ドレイン，ゲートの順です。

・ＩＣ（集積回路）
　本サイトでは，基本的に四角の箱に端子記号を書いています。オペアンプ（演算増幅器）やゲートＩＣ（論理ＩＣの一部）には一応記号がありますが，本サイトでは使用してないです（端子記号の代わりとしては使用）。

・電池
　もともとの記号は，左側の記号を１セル（乾電池なら1.5V）当りの電池としていましたが，現JISの記号では何セルでも左側の記号を使うようです。旧記号だと006P乾電池（9V=6セル）あたりは途中を・・・で省略した書き方をしていました。私は旧記号に準じて4.5V＝3セルの場合は3段重ねにしています。
　電子工作マガジン（雑誌）の2010夏号は，だいたいにおいて現JIS記号に統一されていますが，電池だけは依然として旧記号も使っています。チェック漏れかな？

・配線の交点
　部品ではありませんが，配線と配線の接続点には，・（ポチ）を付けます。逆にポチの付いてない十字交差は接続しないようにします。特に裸線を使う場合はショートしないように注意します。
　なお，本ページの回路図では十字交差の接続点は使わないようにしています。

●部品の基礎知識　

１．抵抗　（固定抵抗器）

• 【概要】
  　抵抗は電気の流れを制限するものです。流れにくさの度合いを抵抗値で表しています。
• 【単位】
  　抵抗値の単位はΩ（オーム）で，接頭辞としてｋ（キロ：ｘ１０^３），Ｍ（メガ：ｘ１０^６）などを使います。
  　回路図では，単位Ωは省略して書くことが多いです。抵抗値に続けて許容電力（ワット数）を明示することもあります。
  　抵抗Ｒの両端にかかる電圧Ｅ（単位Ｖ：ボルト）と抵抗を流れる電流Ｉ（単位Ａ：アンペア）の関係は次のようになります。
  　　　Ｉ＝Ｅ／Ｒ　　あるいは　　Ｅ＝ＩＲ
• 【種類】
  　工作用として一般的に使うのは，炭素皮膜抵抗（あるいはP型カーボン抵抗）と呼ばれる種類で，電力は１／４Ｗ（４分の１ワット）のものです。ワット数が大きい特殊なものとしてはセメント抵抗，ホーロー抵抗があります。以下，炭素皮膜抵抗を中心に説明しています。
• 【抵抗値】
  　一般に売られている抵抗値は，Ｅ系列と呼ばれる等比級数になっています。本ページでは原則Ｅ３系列（１０，２２，４７　の１０^ｎ倍）のみ使用します。Ｅ１２系列が必要な場合はＥ３系列２本から作ります（作り方）。

  Ｅ３	１０（茶黒）								２２（赤赤）								４７（黄紫）
  Ｅ６	１０（茶黒）				１５（茶緑）				２２（赤赤）				３３（橙橙）				４７（黄紫）				６８（青灰）
  Ｅ１２	１０		１２		１５		１８		２２		２７		３３		３９		４７		５６		６８		８２
  Ｅ２４	10	11	12	13	15	16	18	20	22	24	27	30	33	36	39	43	47	51	56	62	68	75	82	91

  色	1本目	2本目	3本目 (倍率)	4本目 (誤差)
  黒	０	０	ｘ１
  茶	１	１	ｘ１０	F:±1%
  赤	２	２	ｘ１０２	G:±2%
  橙	３	３	ｘ１０３
  黄	４	４	ｘ１０４
  緑	５	５	ｘ１０５	D:±0.5%
  青	６	６	ｘ１０６	C:±0.25%
  紫	７	７		B:±0.1%
  灰	８	８
  白	９	９
  金			０．１	J:±5%
  銀			０．０１	K:±10%

• 【カラーコード】
  　炭素皮膜抵抗には，抵抗値を４本の色の帯で表示してあります。
  　最初の２本が有効数字，次が倍率，最後が誤差です。
  　有効数字０〜９に対する色は，黒茶赤橙黄緑青紫灰白で，私は”九知亜滝，弥阿無橋”と覚えています。
  　本ページで使用するのはＥ３系列だけなので最初の２本は，１０=茶黒，２２=赤赤，４７=黄紫，だけ覚えればよいです。３本目は，茶：１００Ω台，赤：１ｋΩ台，橙：１０ｋΩ台，黄：１００ｋΩ台，が良く使うところです。４本目は金色（±５％品）です。
• 【電力】
  　抵抗を使う上では，許容電力に注意します。
  　抵抗の両端にかかる電圧をＥ［Ｖ］，抵抗をＲ［Ω］とすると，消費電力Ｐ［Ｗ］は，次の式で計算できます。
  　　Ｐ＝Ｅ^２／Ｒ
  　例えば，電源５Ｖに100Ωの抵抗を直接つなぐと0.25Ｗとなり，一般的な1/4W抵抗ではぎりぎりになります。ぎりぎりまで使うのは良くないので，220Ω（あるいは150Ω）程度が限度と考えた方が良いです。
  　ワット数の大きな抵抗が必要な場合，抵抗を100本セットで買っている場合は，1/4Wを数本組み合わせる方が経済的です。　
• 【組み合わせ】
  　組み合わせた時の抵抗値Ｒは次のようになります。
  　　直列接続：　Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋・・・
  　　並列接続：　１／Ｒ＝（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２）＋（１／Ｒ３）＋・・・
  

２．コンデンサ

• 【概要】
  　コンデンサは，電気を蓄えたり放出したりすることができます。直接その目的にも使用しますが，信号の交流成分だけ通過させる用途にも使用します。
• 【単位】
  　コンデンサの値は容量値（静電容量値）と言い，単位はＦ（ファラド）です。接頭辞として，μ（マイクロ：ｘ１０^−６），ｐ（ピコ：ｘ１０^−１２）を使います。ｎ（ナノ：ｘ１０^−９）は一般的には使わず，１ｘ１０^−９は0.001μＦまたは1000pＦと言うのが一般的です。
  　回路図では，μＦ単位のコンデンサは0.001のように数値だけ，ｐＦ単位の場合は1000pのようにｐだけ付けることが多いです。また容量値に続けて／（スラッシュ）をつけて耐電圧を明示する場合もあります。
  　今仮にコンデンサに流れ込む電流が一定値 Ｉ（単位Ａ：アンペア）だとし，静電容量Ｃ（単位Ｆ：ファラド）のコンデンサの両端電圧の上昇値ΔＥ（単位Ｖ：ボルト）は，経過時間をｔ（単位ｓ：秒）とすると，次の式で表せます。
  　　ΔＥ＝Ｉｔ／Ｃ
• 【種類】
  　コンデンサは種類が多く，用途により使い分けが必要です。ここでは工作で使用する代表的なものだけ説明します。
  • 電解コンデンサ（通称：ケミコン（ケミカル・コンデンサの略），正確にはアルミ電解コンデンサ）
    容量が比較的大きい（0.1〜数万μＦ）コンデンサです。低周波（音声帯域）用です。有極性です。特に電源に逆向きで直接接続すると数秒〜数十秒後にパーンと破裂・飛散する可能性がありますので（筆者は昔２回経験^^;），極性には十分注意してください。
  • 積層セラミック・コンデンサ（通称：セキセラ。非積層含めてセラコンと総称することもあるようです）
    　電源ノイズを除去するために用いる0.1μＦが代表的です。この用途で使うコンデンサのことを，ノイズをバイパスするという意味でバイパス・コンデンサ（略してパスコン）と言ったり，電源経由で他の部品にノイズや信号が伝わるのを遮断する意味でデカップリング・コンデンサとも言います。
    　リード品で一般的に入手できる0.1μＦは，Ｆ特性品という特性の悪いものです。温度や印加電圧により大幅に容量が変化します。従って，本来バイパス用途以外に使うことはお勧めできませんが，工作用としては，まぁいっか，という感じで使用しています。
  • セラミック・コンデンサ（通称：セラコン）
    　工作用としては，円板形のリード品をつかいます。容量は比較的小さい（おおむね0.1μＦ以下）です。昔はラジオや無線機，アナログ回路の工作で良く使用されていました。最近は積セラしか扱ってない店もあるようですが，サトー電気なら扱っています。
  • 電気二重層コンデンサ（スーパー・キャパとも）
    容量が非常に大きく(0.1Ｆ以上)，簡易的な二次電池として使えます。
• 【容量値】
  　抵抗と同様にＥ系列の数値を使いますが，一般的に入手できるのはケミコンはＥ３，セラコンはＥ６系列程度です。本ページではなるべく１．０の１０^ｎ倍）のみ使用するようにしています。
• 【耐電圧】
  　コンデンサは耐電圧の範囲内で使用します。できれば耐電圧は使用電圧の１．５倍以上あった方が良いです。容量値の小さな品種では一律５０Ｖくらいあるので，通常は気にする必要はありません。ケミコンの場合，10μＦを超えると，耐電圧によって大きさや値段が変わってきます。
  　耐電圧の値は，Ｒ系列の数値を参考にして決められています。ただし完全準拠ではなく，３５Ｖ耐圧があったりして適当に合わせているようです。Ｒ系列はもともとメカの寸法に適用されていて，チップ部品のサイズもほぼこれに準拠しています。

  Ｒ５	１．００		１．６０		２．５０		４．００		６．３０
  Ｒ１０	１．００	１．２５	１．６０	２．００	２．５０	３．１５	４．００	５．００	６．３０	８．００

• 【組み合わせ】
  　組み合わせた時の容量値Ｃは次のようになります。抵抗とは，逆の関係になります。
  　　直列接続：　１／Ｃ＝（１／Ｃ１）＋（１／Ｃ２）＋（１／Ｃ３）＋・・・
  　　並列接続：　Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋・・・
  
• 【技術解説】
  　コンデンサの機能を数式で表すためには，下記のように微積分や複素数の知識が必要になります。しかし後述の工作例の技術解説では，これらの方程式を解いた結果だけを説明して，そこまでの知識がなくても回路の動作が分かるようにしてあります。
  • パルス回路（波形の変化を時間軸で考える回路）では，コンデンサは微分式で表します。コンデンサを流れる電流ｉ，両端電圧eを経過時間ｔの関数とすると，次の微分式になります。
    　　ｉ＝Ｃ（ｄe／ｄｔ）
  • 交流信号を扱う回路（信号の成分を周波数軸で考える回路）では，コンデンサは交流信号に対する抵抗と考えることができます。容量値C[F:ファラド]，交流信号の周波数f[Hz:ヘルツ]とすると，交流信号に対する抵抗値を意味するインピーダンスZ[Ω:オーム]は，
    　　Ｚ＝１／（ｊ２πｆＣ）　または，　Ｚ＝−ｊ／（２πｆＣ）
    ただしπは円周率（3.14），ｊは√−１です。

●技術解説を読むための基礎知識　

　工作例の技術解説を読むために必要な基礎知識について説明します。

• 関数電卓を持ってない場合
  　WindowsにはCalcという電卓が付いています（全てのプログラム→アクセサリ→電卓）。この表示を”関数電卓”にすれば，技術解説のexp関数，loge関数を実際に計算できます。
• exp関数
  　電卓ではＥＸＰあるいはｅ^ｎなどと表示されている関数です。ネイピア数ｅ＝2.718･･･を底とする指数関数です。
  　コンデンサと抵抗を組み合わせた回路の方程式を解くと出てきます。
• loge関数
  　電卓ではｌｎと表示されていることが多いようです。自然対数とも言い，ネイピア数ｅを底とする対数関数です。
  　exp関数とは逆関数の関係にあり，exp関数の式から逆算する時に使います。例えば，回路の式が
  　　Ｅ＝exp（−ｔ）
  の場合に，Ｅが分かっていてｔを求めるには，ｔ＝−loge（Ｅ）と計算します。
• ブール代数，論理回路の概要
  　ロジックＩＣを使う場合に必要になります。ブール代数は，”真”，”偽”という２つの値のみで計算します。ロジックＩＣも入力信号，出力信号を真偽の２種類で表します。実際には真偽の代わりに”１”，”０”あるいは”Ｈ””Ｌ”という値を使います。本ページでは，主に”Ｈ”，”Ｌ”を使います。
  　電気的に言うと，一般的に電圧の高い状態が”１”または”Ｈ”，電圧の低い状態が”０”または”Ｌ”に対応します。このように２種類の信号しか使わない回路を論理回路（デジタル回路，ロジック回路）と言います。
  　論理回路は次の２種類に大別できます。
  　　・組み合せ回路：現在の入力信号だけから出力信号が決まる回路
  　　・順序回路　　：現在の入力信号と過去の状態（を記憶した素子の出力）から出力信号が決まる回路
• 組み合せ回路
  　基本となる４つの回路は，ＡＮＤ（論理積），ＯＲ（論理和），ＮＯＴ（否定），ＥｘＯＲ（排他論理和）です。他はこの組み合わせで表現できますが，実製品では，ＡＮＤ＋ＮＯＴのＮＡＮＤ回路と，ＯＲ＋ＮＯＴのＮＯＲ回路も良く使います。それぞれの入力と出力の関係は次のようになります（このような表を真理値表と言います）。
  

  (1)AND

  入力 A	入力 B	出力
  L	L	L
  L	H	L
  H	L	L
  H	H	H

  (2)OR

  入力 A	入力 B	出力
  L	L	L
  L	H	H
  H	L	H
  H	H	H

  (3)NOT

  入 力	出 力
  L	H
  H	L

  (4)ExOR

  入力 A	入力 B	出力
  L	L	L
  L	H	H
  H	L	H
  H	H	L

  (5)NAND

  入力 A	入力 B	出力
  L	L	H
  L	H	H
  H	L	H
  H	H	L

  (6)NOR

  入力 A	入力 B	出力
  L	L	H
  L	H	L
  H	L	L
  H	H	L

  　
• 順序回路
  　順序回路は，組み合せ回路に記憶素子を付け加えたものです。
  　単体の記憶素子をフリップ・フロップ（略してＦ/Ｆ）と言います。フリップ・フロップは，クロック・パルス（あるいは単にクロック）と呼ぶ信号が来たときに，その時の入力信号(HまたはL)を記憶し，次にクロック・パルスが来るまでその信号を出力しつづけます。
  　一般化した順序回路が右の図です。記憶素子群の出力を「現在の状態」とも言います。つまり，出力信号は現在の状態と入力信号によって組み合せ回路１で決定します。また組み合せ回路２の出力は，記憶素子群の入力であり，これを「次の状態」とも言います。次のクロックが来ると「次の状態」が記憶されて「現在の状態」になります。このように状態が次々変わる（遷移する）と言う意味で，状態遷移回路という場合もあります。
  　実際には，できる限り組み合せ回路部分を減らすのが設計者の腕の見せ所で，入力信号を直接記憶素子の入力に接続したり，記憶素子の出力を直接出力信号として使うことも多くあります。後述の電子サイコロでは，記憶素子があらかじめ直列に接続されたシフトレジスタという部品を使い，出力信号も発光ダイオードの特性を利用して実質的な組み合せ回路無しで実現しています。

●ＬＥＤ（発光ダイオード）がふんわり消灯する回路　（CR時定数回路）

【１】機能・使い方
　　・スイッチを押すとＬＥＤ（発光ダイオード）がパッと点灯します。
　　・スイッチを離すと，ＬＥＤがふんわりと消えます。

スイッチの下に支えのスペーサを入れた方が良いかも（次の製作例参照）。

【３】簡単な解説
�@スイッチを押すとＬＥＤ（発光ダイオード）に電気が流れて光ります。抵抗器Ｒ２はＬＥＤに電気が流れすぎないように制限するものです。また，スイッチが押されている間にコンデンサＣ１に電気が蓄えられます。抵抗器Ｒ１はコンデンサＣ１に電気が流れすぎないように制限するものです。
�Aスイッチを離すと，コンデンサＣ１に蓄えられた電気がＬＥＤに流れて，ＬＥＤが光り続けます。しかしコンデンサに蓄えられた電気が徐々に減るため，ＬＥＤの光が徐々に暗くなり，ついには消えます。

【４】技術解説
�@スイッチON時のLED電流は，次の式で計算できます。
　　LED電流 = (電源電圧 - LED順電圧) / R2
LED順電圧は，次の図のようにLED電流に依存しますが，ある程度の電流範囲では一定と考えて計算します（この図はイメージ図で実製品のデータではありません)。LEDのカタログには電流20mA時の代表値が記載されていることが多く，その値で計算しても大差はありません。気になるようでしたら，電流が1桁少ない範囲では0.1〜0.2Vくらい低めに考えれば良いでしょう。

�Aスイッチ・オン時にコンデンサに流れる電流と，コンデンサ電圧は次のように変化します。
　　充電電流 = ( (電源電圧 - 残電圧) / R1) exp( -t/(R1・C1) )
　　充電電圧 = 電源電圧 - (電源電圧 - 残電圧) exp( -t/(R1・C1) )
tはスイッチ・オンからの経過時間[秒]です。expは指数関数(底がe)です。
スイッチ・オン1回目の残電圧は0で, 2回目以降はLED順電圧（最小値）になります。2回目以降はコンデンサの電圧がLED順電圧より下がると電流がほとんど流れず,その電圧が残るためです。ここで，電源電圧の98%までコンデンサが充電される時間（2回目以降）を計算すると，
　　　電源4.5V，残電圧1.5Vの場合，
　　　0.98 x4.5 = 4.5 - (4.5 - 1.5) exp( -t/(R1・C1) )
　　　0.09 / 3.0 = exp( -t/(R1・C1) )
　　　loge(0.09/3.0) = -t/(R1・C1)
　　　t = 3.5・R1・C1 = 3.5 x 100 x 1000μ = 0.35 [秒]
　　　すなわち0.4秒あれば十分充電できることになります。

�Bスイッチ・オフ時は，コンデンサC1に蓄えられた電荷は，R1，R2，LEDを通って放電されます。この時のLED電流は次のように変化します。
　　　LED電流 = ( (充電電圧 - LED順電圧) / (R1 + R2) ) exp( -t/( (R1 + R2)・C1) )
ここで，LED電流が0.1mAまで下がる時間を概算してみると，電源4.5V，順電圧1.8Vでは，
　　　0.1m = ( (4.5 - 1.8) / (100 + 1k) ) exp( -t/( (100 + 1k)・1000μ) )
　　　0.11 / 2.7 = exp( -t/ 1.1 )
　　　loge(0.11 / 2.7) = -t / 1.1
　　　t = 3.5 [秒]
となります。

●ＬＥＤ（発光ダイオード）による北斗七星　（単純点灯回路）　2011/7/30 追加

【１】機能・使い方
　　・スイッチを押すと７つのＬＥＤ（発光ダイオード）がパッと点灯します。
星座の形と違う・・・^^;

【３】簡単な解説
�@スイッチを押すとＬＥＤ（発光ダイオード）D1に電気が流れて光ります。抵抗器R1はＬＥＤに電気が流れすぎないように制限するものです。D2〜D7，R2〜R7も同様です。。

【４】技術解説
�@抵抗値は，次の式で計算できます。
　　抵抗 = (電源電圧 - LED順電圧) / LED電流
　　電源電圧は電池電圧4.5V，LED電流は10mA程度，LED順電圧はカタログから見て2V程度とすると，抵抗は250Ωになります。これに一番近いE3系列値の220Ωを使います。
　　LEDが7つあるので，スイッチにはその合計の電流が流れます。
　　LED順電圧は個々にばらつくので，複数のLEDに対して1個の抵抗で済ませようとすると輝度のバラツキが出ます。その方が”星座”らしくていいかもしれませんが，最悪点灯しない（ほとんど見えない）LEDが出る可能性もあるので今回は個々に入れました。個々の抵抗値を変えれば個々に輝度を変えることが出来ます。
　　電池を6Vにするとか，006P（9V電池）を使えば，LED数個を直列にして抵抗を減らすこともできます。上式のLED順電圧の所に直列にするLED順電圧の総和を入れて計算します。

【５】補足
　今年は，LED8個を流れるように点滅させるとか，技術的にレベルアップした回路を検討していたのですが，結局息子は「ＬＥＤがたくさん付いていれば，それで豪勢に見えるからいい」ということで単純なものになりました。

●ＬＥＤがチラッ，チラッと点灯する回路　（弛張発振器）

【１】機能・使い方
　　・スイッチを押している間，チラッ，チラッ，とＬＥＤ（発光ダイオード）が光ります。
（うーん，造形センス無いなぁ。）

【２】回路図，部品リスト

　【３】簡単な解説

• スイッチを押した瞬間は，トランジスタQ1，Q2はオフしているのでLEDは光りません。
• スイッチを押し続けていると，抵抗器R1を通してコンデンサC1に電気が蓄えられ，コンデンサC1の電圧が徐々に上ります。
• コンデンサC1の電圧が4.2V程度まで上るとトランジスタQ1，Q2がオンし，一瞬の内にコンデンサC1の電圧が2.6V程度まで下がります（黄緑LED時）。この時，LEDに電流が流れるので，LEDが一瞬光ります。
• コンデンサC1の電圧が2.6V程度まで下がるとトランジスタQ1，Q2がオフし，再びコンデンサC1に徐々に電気が蓄えられます。
  以降，これらの動作を0.4秒周期で繰り返します。

　【４】技術解説

• コンデンサC1の充電電圧は次のように変化します。
  　　充電電圧 = 電源電圧 - (電源電圧 - 残電圧) exp( -t/(R1・C1) )
  tは経過時間[秒]です。expは指数関数(底がe)です。残電圧は初回は0ですが，2回目以降は約2.6Vになります。これは，トランジスタのベース・エミッタ間電圧V_BE + LED順電圧V_F = 0.6 + 2.0 [V] を意味します（黄緑LED時）。
• トランジスタQ1が動作する（ベース電流が流れる）ために必要なコンデンサC1の電圧は，
  　　　V_BE + R3/(R2+R3)・電源電圧
  となります。わずかな電流でも流れればよいのでベース・エミッタ間電圧V_BEは0.5Vとし，電源電圧4.5Vで必要電圧を計算すると　0.5 + 1k/(220 + 1k)・4.5 = 4.2Vになります。
• トランジスタQ1にわずかでもベース電流が流れると，そのh_FE倍（通常100倍以上）のコレクタ電流が流れ，それがトランジスタQ2のベース電流となります。さらにトランジスタQ2のコレクタ電流がh_FE倍流せるようになり，トランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間電圧が下がり，これがトランジスタQ1の動作を加速します。
• このような循環によりコンデンサC1に蓄えられた電荷は，Q1，Q2，LEDを通ってほぼ一瞬の内に放電されます。この時，LEDに流れる電流はコンデンサC1の放出電荷＋抵抗器R2からの電流になります。
• コンデンサC1の電圧が約2.6Vになると，ベース電流が急速に下がってきます。その結果，R2からの電流をトランジスタQ2が流しきれなくなってQ2のコレクタ電圧，すなわちQ1のベース電圧が上り，ますますベース電流が下がり，ついにはトランジスタQ1，Q2ともオフ状態に戻ります。
  　ただし，Q1がオフし始めるとR1からの電流がC1の充電にまわり，C1の電圧が上がり始めます。この上り方がQ2のコレクタ電圧の上り方より大きいとオフへの循環が発生せず，トランジスタがオンのままになってしまいます。
• オンからオンまでの時間は，電源4.5Vならば，コンデンサC1の充電電圧が2.6Vから4.2Vまで上る時間になります。従って，
  　　　4.5 - (4.5 - 2.6) exp( -t/(R1・C1) ) = 4.2
  　　　exp( -t/(R1・C1) ) = 0.3 / 1.9
  　　　-t/(R1・C1) = loge(0.3 / 1.9)
  　　　t = 1.8 R1・C1 = 1.8 x 22k x 10μ = 0.4 [秒]
  となります。

このようにC，Rによる充電電圧がある電圧に到達したときにCを放電させて周期波形を作り出す回路を弛張発振回路または弛緩発振回路と言います。本来はLEDの無い回路です。

●ＬＥＤが点滅する回路　（無安定マルチバイブレータ）

【１】機能・使い方
　　・スイッチを押している間，ＬＥＤ（発光ダイオード）が点滅します。
　　・ボリュームによって，点灯時間を調整できます。

　　・黄銅スペーサを使っている部分（電源部分）はアルミ板を配線として使用しています（手抜き^^;）。
　　・ボリュームやスイッチのように操作する部品の底にもスペーサを立てています。
　　・底板は白より黒の方が写真写りが良いですね。組み立てる時も見やすいし。
　　　ただし黒は塗装部分が電気を通さないので，上記のような手抜きは出来ません。

【２】回路図，部品リスト

【３】簡単な解説
　　この回路は，以下のようにトランジスタQ1とQ2が交互にオン，オフを繰り返します。

• まずトランジスタQ1がオンするとコンデンサC1に蓄えられた電気（3.8V）が
  Q2のベース端子に逆方向にかかり，
  Q2のベース電圧が-3.8VとなるためにQ2はオフします。
• コンデンサC1は抵抗器R1を通して放電（逆充電）し，しばらくしてトランジスタQ2のベース電圧が+0.7V程度に転じるとQ2がオンします。
• トランジスタQ2がオンすると，とコンデンサC2に蓄えられた電気によりQ1のベース端子がマイナス電圧になりQ1がオフします。
• コンデンサC2はボリュームVR1，抵抗器R2を通して放電し，しばらくしてQ1のベース電圧が+0.7V程度に転じるとQ1がオンします。

【４】技術解説
　　この回路は，典型的な無安定マルチバイブレータ回路にLEDとボリュームを付けたものです。

• まず，今までトランジスタQ1がオフ，Q2がオン状態だったとし，
  コンデンサC1は，R4→C1→Q2の経路で，電源電圧-0.7Vまで充電されているとします。
• ここで，VR1→R2→Q1の電流により，トランジスタQ1がオンすると，
  Q1のコレクタ電圧，すなわちコンデンサC1の＋側がほぼ0Vまで下がります。
  これにより，コンデンサC1の−側が−（電源電圧-0.7）Vになり，トランジスタQ2がオフします。
• コンデンサC1は，今度はR1→C1→Q1の経路で放電（逆充電）します。
  これによるQ2のベース電圧は，次のように変化します。
  　　ベース電圧 = 電源電圧 - (電源電圧x2 - 0.7) exp(-t/(R1・C1) )
  電源4.5Vとし，Q2のベース電圧が0.7Vまで上る時間を計算すると，
  　　　0.7 = 4.5 - (9 - 0.7) exp( -t/(R1・C1) )
  　　　3.8 / 8.3 = exp( -t/(R1・C1) )
  　　　t = - loge(3.8 / 8.3)・R1・C1 = 0.78 x 47k x 10μ = 0.37 [秒]
  すなわち，Q2のオフ期間（LEDの消灯時間）は，0.37秒となります。
• 一方，Q2のオフ期間にコンデンサC2は，LED→R3→C2→Q1の経路で充電されます。
  R3がR1より十分小さいので，Q2のオフ期間中に充電されるC2の電圧は，
  　　　電源電圧 - LED順電圧 - 0.7 = 4.5 - 1.9 - 0.7 = 1.9 [V] (赤LEDの場合)
  になります。
• Q2のベース電圧が0.7V程度に達するとQ2がオンし，コンデンサC2の充電電圧によりトランジスタQ1ベース電圧が-1.9Vになりオフします。
• コンデンサC2は，今度はVR1→R2→C2→Q2の経路で放電（逆充電）します。
  これによるQ1のベース電圧は次のように変化します。
  　　　ベース電圧 = 電源電圧 - (電源電圧 + 1.9) exp(-t/((VR1+R2)・C2) )
  電源4.5Vとし，Q1のベース電圧が0.7Vまで上る時間を計算すると，
  　　　0.7 = 4.5 - (4.5 + 1.9) exp( -t/((VR1+R2)・C2) )
  　　　3.8 / 6.4 = exp( -t/((VR1+R2)・C2) )
  　　　t = - loge(3.8 / 6.4)・(VR1+R2)・C2 = 0.52 x (VR1+R2) x 10μ
  ここで，VR1 = 0の場合と，VR1=100kの場合を計算すると，それぞれ0.05[秒]，0.57[秒]です。
• 一方，Q1のオフ期間にコンデンサC1は，R4→C1→Q2の経路で充電されます。
  R4がR2より十分小さいので，Q1のオフ期間中に充電されるC1の電圧は，
  　　　電源電圧 - 0.7 = 4.5 - 0.7 = 3.8 [V]
  になります。

　　以降，以上の動作を繰り返します。

　　★注意★　上記�Aでベースに-3.8Vが加わります。もし電源電圧が6Vならこの値が−5.3Vになり，トランジスタのエミッタ・ベース間耐圧（Ｖ_EBO）の規格値（5V）を越えてしまいます。もし電源電圧を高くしたければ，トランジスタのエミッタ側またはベース側に直列にスイッチング・ダイオードを接続してください。

●電子サイコロ　（シフトレジスタ　74HC164）

【１】機能・使い方
　　・スイッチを押すと，LEDのサイコロ表示が次々と変わります。
　　・スイッチを離すと，徐々にサイコロ表示の変化が遅くなり，ついには止まります。
　　・スイッチを離してからしばらく放置すると，サイコロの表示が消えます。

　　この規模になると，さすがに電工ペンチは疲れるので圧着工具を買いました。

　　　ＩＣのリードと配線材（単芯0.5mm）を直接圧着。

【２】回路図，部品リスト

【３】簡単な解説
　　この回路は，大きく分けて，次の３つのブロックから成り立っています。

• Q4近辺の回路は，押してからしばらく電源オンの状態を維持するための回路です。
  逆に言えば，スイッチを離してからしばらく経つと電源が切れます。
• Q2，Q3は，サイコロの目を変えるためのクロック・パルスを作る回路です。
• U1，Q1はシーケンサ（順序回路）を構成しています。クロック・パルスが1つ入るごとに，
  サイコロの目を１，３，５，６，４，２の順番で変えていきます。

電源維持回路は，次のように動作します。

• まずスイッチを押すと，抵抗器R14，ダイオードD9を通じてコンデンサC4に電気が蓄えられます。
  コンデンサC4の電圧が1.5V前後より高くなるとMOSトランジスタQ4がオンし，クロック・パルス生成回路やシーケンサに電源が供給されます。
• スイッチを離すと，コンデンサC4に蓄えられた電気は，抵抗器R15を流れて，徐々に減ります。
  およそ10秒でコンデンサC4の電圧が1.5V前後まで下り，MOSトランジスタQ4がオフし，クロック・パルス生成回路やシーケンサの電源が断たれます。

クロック・パルスを作る回路は，次のように動作します。

• スイッチを押した瞬間は，トランジスタQ2，Q3はオフしています。
• スイッチを押し続けていると，抵抗器R13を通してコンデンサC2に電気が蓄えられ，コンデンサC2の電圧が徐々に上ります。
• コンデンサC2の電圧が3.3V程度まで上るとトランジスタQ2，Q3がオンし，一瞬の内にコンデンサC2の電圧が0.6V程度まで下がります。
• コンデンサC2の電圧が0.6V程度まで下がるとトランジスタQ2，Q3がオフし，再びコンデンサC2に徐々に電気が蓄えられます。
  以降，スイッチを押し続けている間は，これらの動作を約0.08秒周期で繰り返します。
• スイッチを離すと，しばらくの間はコンデンサC3に蓄えられた電気によりクロック・パルスが作られます。
  ただし，C3の電圧が徐々に下がるためC2の充電に時間がかかるようになり，C3の電圧が3.3V以下になるとクロックパルスが作れなくなります。

シーケンサは次のように動作します。

• 8ビット・シフトレジスタU1は，QA〜QHの８つの出力を持ち，１つクロック・パルスが入るごとにQAの内容はQBに，QBの内容はQCに，というように１つづつずれてコピーされていきます。
• 電源投入時は，U1のクリア端子の電圧がコンデンサC1によって，しばらくロー・レベル（電圧の低い状態）になるためU1はクリアされます。
  クリアされるとQA〜QHの出力は，すべてロー・レベルになります。
• クロック・パルスがU1のCK端子（8番pin）に１つ入力されると，QA〜QGの内容が１つづつずれてQB〜QHにコピーされます。
  QAには，U1のA端子（1番pin），B端子（2番pin）のANDした結果が出ます。
  すなわち1発目のパルスが入った後は，QAはハイ・レベル（電圧の高い状態），QB〜QHはロー・レベルのままとなります。
• 以降，パルスが１つ入るたびにずれるので，2発目でQA〜QBがハイ・レベル，3発目でQA〜QCがハイレベルとなります。
• 6発目のパルスが入ると，QA〜QFがハイ・レベルになりますが，QFがハイ・レベルになった瞬間，トランジスタQ1がオンとなり，U1はクリアされて初期状態に戻ります。
  従ってQFがハイ・レベルの期間はごく一瞬なので無視し，QA=ロー・レベル〜QE=ハイ・レベルまでの６つの状態をサイコロの目に対応させます。
  ここでは，１，３，５，６，４，２の順に対応付けます。

　　・サイコロの目のように配置したLEDは，次のように点灯します（１，３，５，６，４，２の順）。
　　　○＿○　　○＿●　　●＿●　　●＿●　　●＿●　　●＿○　　ａ　ｅ
　　　○●○　　○●○　　○●○　　●○●　　○○○　　○○○　　ｂｄ ｆ
　　　○＿○　　●＿○　　●＿●　　●＿●　　●＿●　　○＿●　　ｃ　ｇ

　　　LEDにａ〜ｇの記号をつけると，
　　　ａ，ｇ：５，６，４，２で点灯。＝QBがハイ・レベルで点灯。
　　　ｂ，ｆ：６でのみ点灯　　　　＝QCがハイ・レベル，QDがロー・レベルで点灯。
　　　ｃ，ｅ：３，５，６，４で点灯。＝QAがハイ・レベル，QEがロー・レベルで点灯。
　　　ｄ　　：１，３，５で点灯。　　＝QCがロー・レベルで点灯。
　　　となります。
　　　LEDのアノード側をハイ・レベル側（無いときは電源電圧）に接続し，
　　　カソード側をロー・レベル（無いときはグランド）に接続すれば，上記の条件で点灯します。

　【４】技術解説

【４．１】電源維持回路の動作
　　MOSトランジスタQ4による電源スイッチ回路は，次のように動作します。

• スイッチ・オンにより，ほぼ一瞬（0.1秒以内）でコンデンサC4が電源−0.6Vまで充電されます。
  4.5V電源時は，3.9Vになります。
• コンデンサC4がおおむね1.5V以上（確実には2.5V以上）であれば，トランジスタQ4がオンし，他の回路に電源を供給します。
• スイッチ・オフにより，コンデンサC4の電荷はR15を経由して放電されます。コンデンサC4の電圧は次のように変化します。
  　　　　C4の電圧 = 満充電電圧exp( -t/(R15・C4)）
  　　　　　　　　　　= 3.9・exp( -t/(100k・100μ)） = 3.9・exp(-t/10)
  Q4のカットオフ電圧を1.5Vとする，カットオフまでの時間は，
  　　　　1.5 = 3.9・exp(-t/10)
  　　　　loge(1.5 / 3.9) = -t/10
  　　　　t = 9.6 [秒]
  従って，この場合はスイッチを離してから10秒程度で電源が切れます。
  なお，ダイオードD9はクロック・パルス回路へC4の電荷が回り込まないために入れています。

【４．２】クロック・パルス生成部の動作
　　トランジスタQ2，Q3により弛張発振回路を構成しています。次のように動作します。

• Q2がオンする条件　=　電源電圧・（R12／（R12 + R8//R11）） + 0.6
  　　　　　　　　　　　　 = 4.5 (470 / (470 + 470・1k/(470 + 1k) ) ) + 0.6 = 3.3 [V]
• コンデンサC2の充電電圧は，次のように変化します。
  　　　充電電圧 = 電源電圧 - 0.6 - (電源電圧 - 0.6 - 残電圧)exp(-t/(R13・C2))
  ここで0.6は，C3の電荷が電源スイッチ回路に回り込まないためのダイオードD8の順電圧です。
  またコンデンサC2の残電圧は初回0V，2回目以降は0.6Vで計算します。
  C2の電圧が3.3Vに達するまでの時間は（2回目以降），
  　　　　3.3 = 4.5 - 0.6 - (4.5 - 0.6 - 0.6 )exp(-t /(R13・C2))
  　　　　loge(0.6 / 3.3) = -t / (R13・C2)
  　　　　t = 1.7・R13・C2 = 1.7 x 47k x 1μ = 0.08 [秒]
  となります。
• Q2がオンするとQ3もオンし，C2の電圧が0.6Vになるまで一気に放電します。
  C2の電圧が0.6Vに低下すると，Q2がR8，R11からの電流を流しきれなくなってエミッタ電圧が上昇します。
  その結果，Q2の順電圧が下がってQ2がオフ，Q3もオフします。
  ただし，Q2のベース電流が減るとR13を流れる電流によりC2が充電されてC2の電圧が上昇するので，これを上回る速度でQ2のエミッタ電圧が上らないとオフできません。

なおコンデンサC3は，スイッチをオフした後も，しばらくクロックを生成するためのものです。
パルスの持続回数は，C2の放電電荷によってC3の電圧が3.3Vまで下がるまでを計算すればよく，
　　　C3・（C3充電電圧 - Q2オン電圧）/｛C2・(Q2オン電圧 - C2残電圧)｝
         = 100・(4.5 - 0.6 - 3.3)/ {1・(3.3 - 0.6)} = 約22 [回]
最初は0.08秒周期ですが，C3の電圧が下がるに連れてC2の充電時間が延びるため，パルスが止まるまでに数秒かかります。

【４．３】シーケンサ部の動作
　　8ビット・シフトレジスタU1とトランジスタQ1によるシーケンサは，次のように動作します。

• 電源投入時点では，R9，C1によって，U1のクリア端子（9番pin）の電圧立ち上がりを遅らせて，U1のレジスタ8ビットをクリアします。ただし，結果が片寄る場合は，C1を外して，あえて初期化しない方がよいかもしれません。
• シリアル入力端子Ａ，Ｂをハイ・レベル固定にしているので，クロックによりハイ・レベルがシフトされます。
• U1のQFがハイ・レベルになったらトランジスタQ1によるインバータでU1がクリアされます。
  QFがハイ・レベルの状態は一瞬であるため，この状態でのLED点灯については不定とします。

8ビット・シフトレジスタU1の状態とLED（ａ〜ｇ）の点灯状態(点灯をH)は次のとおりです。

この表からLED点灯の論理式を導くと，
　　ａ，ｇ＝QB，　ｂ，ｆ＝QC・~QD，　ｃ，ｅ＝QA・~QE，　ｄ＝~QC　　（ただし・はAND，~はNOTを示します）
ここで，LEDの点灯条件をA（アノード），K（カソード）で表すと，点灯＝A・~Kであるので，H=VDD，L=GNDを用いて，
　　ａ，ｇ＝QB・~GND，　ｂ，ｆ＝QC・~QD，　ｃ，ｅ＝QA・~QE，　ｄ＝VDD・~QC
というようにLEDのA，Kが対応するように書けます。
（本当は，そうなるように賽の目の状態割り当てを工夫しています）。

LEDの駆動電流は，74HC164の能力を考慮して約2mAとしています。
もし低輝度のLEDを使う場合は，U1を74AC164に変更し，R1〜R7を220Ωに変更します。
これにより10mAでLEDを駆動できます（Ｖ_Fが2V程度時）。

●電子じゃんけん（シフトレジスタ　74HC164）　2012/8/13 回路修正

【１】機能・使い方
　　・スイッチを押すと，LED表示（ぐー，ちょき，ぱー）が次々と変わります。
　　・スイッチを離すと，ぐー，ちょき，ぱー いずれかのLEDが点灯します。
　　・スイッチを離してしばらく放置すると，表示が消えます。

　

【２】回路図，部品リスト

【３】簡単な解説
　　この回路は，大きく分けて，次の３つのブロックから成り立っています。

• Q1近辺の回路は，押してからしばらく電源オンの状態を維持するための回路です。
  逆に言えば，スイッチを離してからしばらく経つと電源が切れます。
• U2の４つの内蔵回路の内，左下を除く３つの回路は，ぐー，ちょき，ぱーを変えるためのクロック・パルスを作る回路です。
• U1，U2の左下内蔵回路はシーケンサ（順序回路）を構成しています。クロック・パルスが1つ入るごとに，
  ぐー，ちょき，ぱーを順に変えていきます。

電源維持回路は，次のように動作します。

• まずスイッチを押すと，抵抗器R4，ダイオードD4を通じてコンデンサC3に電気が蓄えられます。
  コンデンサC3の電圧が1.5V前後より高くなるとMOSトランジスタQ1がオンし，クロック・パルス生成回路やシーケンサに電源が供給されます。
• スイッチを離すと，コンデンサC3に蓄えられた電気は，抵抗器R8を流れて，徐々に減ります。
  およそ45秒でコンデンサC4の電圧が1.5V前後まで下り，MOSトランジスタQ1がオフし，クロック・パルス生成回路やシーケンサの電源が断たれます。

クロック・パルスを作る回路は，次のように動作します。

• スイッチを押した瞬間は，U2の8ピンはロー・レベル（約0V），3ピンはハイ・レベル（約4.5V）になり，R6を通してC1が充電されます。
• C1がVDD/2（約2.25V）まで充電されると，U2の8ピンはハイ・レベル（約4.5V），3ピンはロー・レベル（約0V）になり，C1が逆方向に充電されます。
• C1が−VDD/2（約-2.25V）まで充電されると，U2の8ピンはロー・レベル（約0V），3ピンはハイ・レベル（約4.5V）に戻り，C1が元の方向で充電されます。
  以降，スイッチを押し続けている間は，iiとiiiを繰り返します。

シーケンサは次のように動作します。

• 8ビット・シフトレジスタU1は，QA〜QHの８つの出力を持ち，１つクロック・パルスが入るごとにQAの内容はQBに，QBの内容はQCに，というように１つづつずれてコピーされていきます。
• 最初QA〜QHがロー・レベル（電圧の低い状態）であるとします。
• クロック・パルスがU1のCK端子（8番pin）に１つ入力されると，QA〜QGの内容が１つづつずれてQB〜QHにコピーされます。
  QAには，U1のA端子（1番pin），B端子（2番pin）のANDした結果が出ます。
  すなわち1発目のパルスが入った後は，QAはハイ・レベル（電圧の高い状態），QB〜QHはロー・レベルのままとなります。
• 以降，パルスが１つ入るたびにずれるので，2発目でQA〜QBがハイ・レベル，3発目でQA〜QCがハイレベルとなります。
• 3発目のパルスでQCがハイ・レベルになると，U1のCLR端子（9番pin)がロー・レベルとなり，U1はクリアされて初期状態（iiの状態）に戻ります。従ってQCがハイ・レベルの期間はごく一瞬なので無視し，QA=ロー・レベル〜QB=ハイ・レベルまでの３つの状態をぐー，ちょき，ぱーに対応させます。

　　・LEDは，次のように点灯します。
　　　ぐー　　＝QAがロー・レベルで点灯。
　　　ちょき　＝QAがハイ・レベル，QBがロー・レベルで点灯。
　　　ぱー　　＝QBがハイ・レベルで点灯。
　　　LEDのアノード側をハイ・レベル側（無いときは電源電圧）に接続し，
　　　カソード側をロー・レベル側（無いときはグランド）に接続すれば，上記の条件で点灯します。

　【４】技術解説

【４．１】電源維持回路の動作
　　MOSトランジスタQ1による電源スイッチ回路は，次のように動作します。

• スイッチ・オンにより，ほぼ一瞬（0.1秒以内）でコンデンサC3が（電源−0.6V）まで充電されます。
  4.5V電源時は，3.9Vになります。
• コンデンサC3がおおむね1.5V以上（確実には2.5V以上）であれば，トランジスタQ1がオンし，他の回路に電源を供給します。
• スイッチ・オフにより，コンデンサC3の電荷はR8を経由して放電されます。コンデンサC3の電圧は次のように変化します。
  　　　　C3の電圧 = 満充電電圧exp( -t/(R8・C3)）
  　　　　　　　　　　= 3.9・exp( -t/(470k・100μ)） = 3.9・exp(-t/47)
  Q1のカットオフ電圧を1.5Vとする，カットオフまでの時間は，
  　　　　1.5 = 3.9・exp(-t/47)
  　　　　loge(1.5 / 3.9) = -t/47
  　　　　t = 45 [秒]
  従って，この場合はスイッチを離してから45秒程度で電源が切れます。
  なお，ダイオードD4はクロック・パルス回路へC3の電荷が回り込まないために入れています。

【４．２】クロック・パルス生成部の動作
　　別途解説予定。

【４．３】シーケンサ部の動作
　　8ビット・シフトレジスタU1とインバータ回路（U2の左下NAND回路）によるシーケンサは，次のように動作します。

• 電源投入時点ではU2は不定ですが，3クロック以内にQCがハイ・レベルになり，U2はクリアされてQA〜QHがロー・レベルになります。
• シリアル入力端子Ａ，Ｂをハイ・レベル固定にしているので，クロックによりハイ・レベルがシフトされます。
• U1のQCがハイ・レベルになったらU2左下回路によるインバータでU1がクリアされます。
  QCがハイ・レベルの状態は一瞬であるため，この状態でのLED点灯については不定とします。

8ビット・シフトレジスタU1の状態とLED（ａ〜ｇ）の点灯状態(点灯をH)は次のとおりです。

LED点灯は，QA，QBからの論理式を導くと，
　　ぐー＝~QA，　ちょき＝QA・~QB，　ぱー＝QB　　（ただし・はAND，~はNOTを示します）
ここで，LEDの点灯条件をA（アノード），K（カソード）で表すと，点灯＝A・~Kであるので，H=VDD，L=GNDを用いて，
　　ぐー＝VDD・~QA，　ちょき＝QA・~QB，　ぱー＝QB・~GND
というようにLEDのA，Kが対応するように書けます。

LEDの駆動電流は，74HC164の能力を考慮して約2mAとしています。
もし低輝度のLEDを使う場合は，U1を74AC164に変更し，R1〜R7を220Ωに変更します。
これにより10mAでLEDを駆動できます（Ｖ_Fが2V程度時）。

以前の更新
2011/01/27　”危険事項”を追加。
2011/01/17　”作り方”の購入先情報を更新。”技術解説を読むための基礎知識”を追加。
2011/01/15　”部品の基礎知識”に抵抗とコンデンサを追加。
2011/01/05　”回路図の見方”を更新。
2010/12/27　ページ・フォーマットを変更。
2010/10/31　ページ構成を若干変更。内容も徐々にブラッシュアップ中。
2010/08/22　ページタイトル変更。その他一部追記・修正。
2010/08/14　電子サイコロを追加，底板としてファンシートレイの写真を追加。
2010/08/11　増築