概要
ディジタル回路の実験のためのモジュールです。LEDにより信号ラインのレベルがHかLかの表示を行います。
バッファは実装していませんが、LEDの電流制限抵抗は実装しています。
仕様
- 電源電圧：5V±5%
- 消費電流：14mA(typ)
- ビット幅：4bit
- コネクタ：
シングルロウ ストレートピンヘッダ ８Ｐ (ヒロセ: ＤＦ１ＢＺ−８Ｐ−２．５ＤＳＡ)
- 入力電流(High入力時)：0mA
- 入力電流(Low入力時)：-3.5mA(typ)
外観
回路図
設計
- LED
LEDはまとめ買いした、型式不明品の赤色です。
一般にLEDは色が同じなら、型式によって大きな特性の差はないと考えられます。
また、LEDに流す電流は精度は必要ありません。 発光ダイオードの静特性測定実験より
LEDに流す電流は、出来れば5mA以上にしたいところです。しかし、消費電流を気にする場合、
3mA〜5mAでも何とか実用になりそうです。(ただし、経年変化により輝度が低下する恐れあり)
ここでは3mAで設計を進めます。
- R1〜R4
LEDの電流制限抵抗です。 電源電圧を5V、LEDの点灯実験より、LEDに流す電流を3mAとします。
またLEDの順方向電圧は1.5Vとします。よって、電流制限抵抗両端の電圧は3.5Vです。
従って、電流制限抵抗の値は
R1 = (5 - 1.5)/0.003 = 3.5/0.003 = 1167
∴R1 = 1.167[kΩ]
ここでは、E-24系列の抵抗より選定し、R1 = 1[kΩ]とします。
4bitとも同じ計算になるのでR1 = R2 = R3 = R4 = 1[kΩ]です。
この場合、LEDの電流を改めて計算すると、3.5[V]/1[kΩ]=3.5mAとなります。
消費電力は3V×1.5mA = 4.5mWです。手持ち部品より1/4Wタイプを使用します。
本モジュールの入力を"L"にしたとき、3.5mAの電流が流れ出します。
また、本モジュール全体の消費電流は3.5mA×4=14mA(typ)となります。
- コネクタ
使用するコネクタは本モジュールの共通仕様のものですので、
給電・チェック端子モジュールを参照してください。
使用部品
- コネクタ：
仕様を参照。
- LED：
型式不明品。赤色。、員数：４
- 固定抵抗器：
1kΩ 1/4W、員数：４
製作
- LEDの取り付けは基板から5〜6mm浮くように両足に熱収縮チューブをかぶせました。
動作確認
- 目視確認
製作が完了したら、配線に誤りがないか目視チェックします。
- 電源の短絡確認
テスターを抵抗レンジにして、P1コネクタの電源(7pin)とグランド(8pin)間の
抵抗値を測定し無限大であることを確認します。
- 通電
下図のように、給電・チェック端子モジュール のP2コネクタと本モジュールの
P1コネクタを接続します。給電・チェック端子モジュールのP3コネクタには
電源(5V±5%)を接続します。電源をONして電源装置がトリップしないことを
確認します。また、この時点では全てのLEDが消灯していることを確認します。
- 電源電圧確認
テスターを直流電圧測定のレンジに設定し、P1コネクタのP1コネクタの電源(7pin)と
グランド(8pin)間の電圧を測定し、5V±5%になっていることを確認します。
(基板の表面には触る場所がないので、基板の裏側からテスター棒を当てます)
- 機能確認
給電・チェック端子モジュールにて、クリップ付のワイヤーなどを使用して
グランド端子とチェック端子の1pinから4pinを順に短絡していきます。
短絡したpinに対応したLEDモジュールのLEDが点灯することを確認します。
また、逆に複数のLEDが点灯しないことも同時に確認します。
今後の課題
-
実験ツールとして使用する限りは動作に支障はありませんが、
やはりLEDに流す電流は、5mA以上で設計すべきと感じました。
その場合、電流制限抵抗は(5 - 1.5)/5[mA] = 700[Ω]
となるため、E-24系列から選択すると680Ωになります。