【情報工学基礎】基本論理回路 リレーで実験 初心者向け、わかりやすく説明
情報処理(デジタル、コンピュータ等)関連のお勉強で出てくる 論理なんとか・・・
見えない電気や電流で、その論理的な考えでのお勉強はやはり難しいと思います。
今回は、この「論理回路」リレーを利用して、その操作音や光で感覚的に実験してみたいと思います。
論理回路
基本的な解説等は、こちを参照下さい。
![【情報工学基礎】基本論理回路 リレーで実験 初心者向け、わかりやすく説明](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/ronnrikairorireedejikkenn-1-320x180.png)
論理回路は、様々な方法や回路で実装されています。
なお、本記事にてリレーを用いなければ論理回路は成りえないことではありません。
はじめに
論理回路を調べると、半導体、集積回路(IC)を用いる形で沢山の解説があります。
もちろん、現実的にはそのような形で、より効率的や省電力な形で運用されているのが実情ですが、論理を回路にて学ぶにも、半導体やICの特長の方がややこしく、論理の論理に行く前に困惑してしまいます。
そこで、今回の実験では半導体を利用する前に、
見えない電気やその流れを「感覚的」に見えるようにした環境で実験します。
リレー
リレーは、電気の流れを機械的に導く部品です。その構成はこちらからもどうぞ、
![リレーの接点構成(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2020/08/relaynosettenn-1-640x360.png)
選定
今回の実験では、実験で優位なブレッドボードを使用します。
従って、それに対応する一般的で汎用仕様な基板対応のリレーを選択します。
OMRON G5Vシリーズ
汎用リレーでも好評なOMRON社製のリレーで、G5Vシリーズを選択します。
G5V-1
超小型でシンプルな1回路ですが、ピンの構成(配列)上で ブレッドボードとの相性が不利の為、今回は利用を控えます。
G5V-2
同シリーズのG5V-2は、2回路で構成されていますが、こちらはボード上で便利に利用できこちらを使用します。なお、このリレーの1回路のみを使用します。
また、こちらのリレーは互換製品が数多く流通していますので、本実験でも互換製品を利用しました。
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230326_035609035_Ex-1-320x180.jpg)
ピンアサイン
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/G5V-2_pa-1.png)
逆起電力
リレーなどの誘導負荷(モーターやソレノイド等)において、それを遮断するタイミングにて、制御電圧とは逆の方向に、高い電圧が発生する現象が起きます。
これは、遮断タイミング(コイルの電源を切った瞬間)に、コイルによって「発電」(逆向き)にて発生される電力で、この現象を「逆起電圧」と言いまた、その高電圧による影響で、制御回路に大きなダメージを与え破損等、不具合が発生てしまう場合があります。
対策
一般的な直流回路では、リレーのコイル部に制御電流と逆向きでダイオード挿入して、遮断タイミング(OFFした瞬間)に、リレー内部のコイルから発生される電力を、ダイオードに流しエネルギー消費させ対策します。
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/sntaisaku_ig-2-1.png)
インジケータ
一般的なリレー(メカニカルリレー)は、動作音が発生し、またその音に動作の指標ともなります。
なお、本実験回路では、その動作音に同期するタイミングでLEDを発光させ、「音」と共に「光」としてその状態がより容易となります。
AND
「論理積」 両方の入力が1の場合に1を出力
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/and_r_hyou-2.png)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230326_041126426-1-1-1024x768.jpg)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/and_kz-1-1.png)
OR
「論理和」 どちらかの入力が1、または両方が1の場合に1を出力
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/or_r_hyou-2.png)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230326_040902447-1-1024x768.jpg)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/or_kz-1-2.png)
NOT
「論理否定」 2つの入力ではなく、1つ入力の逆が出力
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/not_r_hyou-2.png)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230326_040601963-1-1024x768.jpg)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/not_kz-1.png)
NAND
「否定論理積」 両方の入力が1の場合に0を出力、どちらかが0の場合1を出力
(論理積の逆)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/nand_r_hyou-2.png)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230326_041712780-1-1024x768.jpg)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/nand_kz-1.png)
NOR
「否定論理和」 どちらかの入力が1、または両方が1の場合に0を出力
(論理和の逆)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/nor_r_hyou-2.png)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230407_081942675-1024x768.jpg)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/nor_kz-1.png)
XOR
「排他的論理和」 2つの入力が同じ場合は0を、異なっている場合は1を出力
(2つの内、どちらか一方だけが正しいことを判別)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/xor_r_hyou-2.png)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230407_082034311-1024x768.jpg)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/xor_kz-1.png)
XNOR
「否定排他的論理和」 2つの入力が同じ場合は1を、異なっている場合は0を出力
(排他的論理和の逆)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/xnor_r_hyou-2.png)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/PXL_20230407_082134990-1024x768.jpg)
![](https://pochiweb.com/wp-content/uploads/2023/04/xnor_kz-1.png)
まとめ
実際の「論理回路」は様々な方法や回路で実装されています。
なお、今回の記事では、論理回路を ”感覚的” に実習できる方法を、リレーを用いてよりシンプルな回路で構成し、その実験を紹介いたしました。
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