情報工学
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【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

ぽちお
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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。

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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、

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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。

ピンアサイン

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。

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

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

NOT

「論理否定」 2つの入力ではなく、1つ入力の逆が出力

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)

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)

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)

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)

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。

「パチパチ」操作のスイッチと「カチカチ」音のリレー そのロジック検証にどうぞ

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ものづくりが大好です。
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