マイコンだけがあってもネギは振れない

前回は，ネギ振りを自動化するためのマイコン・プログラミングの概要を説明しました。しかし，実際にネギを振らせるには，1個のICでしかないマイコンだけではどうしようもなく，体（電磁石）や電源をつながなければなりません。そのためには，プログラミングとはまた違った，電気に関する知識が若干必要となります。今回はそれを説明します。

マイクロはちゅねに最低限要る回路

マイクロはちゅねの最も素朴な回路構成を図1と以下のPDFに示します。回路図に抵抗感があるかもしれませんが，マイクロはちゅねのような小電流・低速な回路では細部に神経質になる必要はありません。大まかな意味を把握すれば大丈夫です。

• マイクロはちゅねの最も素朴な回路構成

回路は大きく分けて，コイル駆動部，マイコン部，電源部の3つのブロックからなります。その名前のとおり，マイコン部はマイコンのICそのもの，コイル駆動部は電磁石とマイコンをつなぐためのインターフェース回路，電源部はマイコンや電磁石への電力を供給する回路です。どのようなマイコン工作でも，これらの回路は必ず必要になってきます。

部品の意味が分かると面白いコイル駆動部

今回の鍵となるコイル駆動部から説明します。複雑に見えますが，この回路ができてくる過程を理解すれば，とくに難しいものではありません。

マイコンで制御したくなるパーツとしては，モーター，リレー（はちゅねの電磁石もこれと同類），LED，電球など各種ありますが，土台となる回路は共通です。図2のとおり，駆動する部品の一方を電源の＋か－につなぎ，他方をマイコンのI/Oポートにつなげば部品のON/OFFができます。要するにマイコンがスイッチということです。

ここで注意する必要があるのは，部品を電源の＋につないだ場合はI/Oポートの電圧がLow（プログラムでは0を書く）でON，－につないだ場合はHighでONになることです。電流の向きも逆になります。どちらでも良さそうなものですが，両者の最大電流が異なる場合などに使い分けの必要が生じます。

さて，図2を土台として図1の回路に至る過程を，図3に示します。

図3-1は図2の回路図です。この回路では，コイルの巻き数にもよりますが数十mA～数Aの電流が流れます。たとえば電源電圧が5Vでコイルの直流抵抗が50Ωなら，100mA流れます。ところが，マイコンのI/Oポートに流せる最大電流は20mA～40mA程度なので（必ずデータシートの絶対最大定格の欄を確認してください），このままではマイコンが壊れる原因になります。このため，図3-2のようにFET（電界効果トランジスタ）という電子的なスイッチを外付けします。品種によりますが，小型のFETでも数百mA～数十Aの電流を扱えます。

さらに，電磁石，モータ，リレーなどのコイルを駆動するときには，図3-3のようにダイオードを入れます。ダイオードとは，図の矢印の方向のみに電流を通す部品です。これをつけないと，コイルがOFFした瞬間に数十V～数百Vといった電圧がFETへかかり，壊れる原因となります（図3-2）。この電圧は電流の大きさとON→OFFにかかる時間から決まるので，FETのゲートに抵抗器を入れて電流変化をゆっくりにする場合もあります（ゲート抵抗には他の意味もあるが，ここでは省略）。また，コイルの直流抵抗が小さいときは，抵抗器を入れるなどの方法で電流を制限し，コイルが焼けたりしないよう保護します。これはLEDを駆動する時なども同じです。

マイクロはちゅねのように扱う電流が高々100mA程度で小さいときは，以上のような保護回路を忘れても，わりあい平気で動いてしまいます。しかし，ロボットやラジコンのモータ制御などをするつもりなら，数Aや数十Aの電流を扱うことにもなるので，丁寧に回路を設計しなければなりません。そうしないと，すぐに回路が焼けてしまったりします。