前回、電子工作初心者の方に向けて、もっともポピュラーなタイマーICである 「555タイマーIC」 を使ったクッキングタイマー(時間を計る回路)の作り方をご紹介しました。あのシンプルな部品が、時間をコントロールできる賢い秘書のような働きをすることに驚かれたかもしれませんね!
実は、555タイマーICの真骨頂は、 「時間を計る」 ことだけではありません。
今回は、このICのもう一つの、そして電子工作の世界で最もよく使われる使い方、「時間に合わせて電気をON/OFFし続ける」、つまり 「光を点滅させ続ける」回路を、まるでお絵かきをするように簡単に作ってみましょう。これは専門用語で「非安定マルチバイブレータ」 と呼ばれる回路です。
この回路をマスターすれば、夜道で安全を知らせる自転車のテールランプ、お店の賑わいを演出するネオンサイン、さらには電子ブザーを繋いで「ピッ…ピッ…」と鳴るメトロノームまで、時間に合わせて繰り返す様々な装置が作れるようになりますよ!
💡 なぜ「点滅」が作れるの? タイマーICの二面性
前回作ったクッキングタイマーは、「スタートボタンを押したら、一度だけ設定時間後にブザーが鳴る」という、 「一回きりの動作」 でした。
一方、今回作る点滅回路は、 「電気をON→OFF→ON→OFF…」 と、自動で永遠に繰り返すのが特徴です。
これを可能にするのが、555タイマーICの 「放電」(7番ピン)と「しきい値」(6番ピン)、そして「トリガ」(2番ピン) の賢い連携プレイです。
🔌 キーパーツ:抵抗とコンデンサ、そして2つの時間
この繰り返し動作の仕組みを簡単に理解しましょう。
- 電気を貯める時間(ONの時間):
- 回路に繋いだ コンデンサ(C) が電気を貯め始めます(充電)。
- この充電の速さを 抵抗(RAとRB) で調節します。
- コンデンサの電圧が電源電圧の2/3に達すると、ICが「時間だよ!」と判断して出力をOFFにします(同時に7番ピンで放電を開始)。
- 電気を捨てる時間(OFFの時間):
- ICが出力をOFFにすると同時に、コンデンサに貯まっていた電気を 7番ピン(DIS) を通して急速に逃がします(放電)。
- この放電の速さは 抵抗(RB) で調節します。
- コンデンサの電圧が電源電圧の1/3まで下がると、ICが「もう一度スタート!」と判断して出力をONに戻します。
この1と2を、誰にも止められずに自動で永遠に繰り返すことで、LEDが点滅し続けるというわけです。
🛠️ 点滅回路(非安定マルチバイブレータ)の作り方
今回は、LEDを約1秒間隔で点滅させる回路を例に、具体的な部品と配線を見ていきましょう。
1. 必要な材料
部品名 | 役割(ひとこと説明) | 規格(例) | 備考 |
555タイマーIC | 主役のタイマー部品 | NE555Pなど | 8ピンのDIPタイプが一般的 |
抵抗 RA | 充電時間調整用1 | 1 k$\Omega$ | 7番と8番の間 |
抵抗 RB | 充電・放電時間調整用2 | 100 k$\Omega$ | 7番と6番の間 |
コンデンサ C | 時間を決める電気の貯め場所 | 10 μF | 6番と1番の間 |
抵抗 RL | LED保護用(電流制限) | 220 Ω | 3番とLEDの間 |
LED | ピカピカ光る部品 | 任意の色 | 極性(+/-)に注意 |
電源 | 電気(電池など) | 5V~15V | 今回は5Vを想定 |
ブレッドボード | 部品を差し込むための台 | – | 配線が簡単にできる |
2. 点滅時間の決め方
点滅の速さ(周波数)は、主に抵抗 RA と RB、そしてコンデンサ C の値で決まります。
ON(LEDが光る)時間 ton と OFF(LEDが消える)時間 toff は、おおよそ以下の計算式で決まります。
ton≈0.693×(RA+RB)×C
toff≈0.693×RB×C
💡 計算例:
- RA=1kΩ(1000Ω)
- RB=100kΩ(100,000Ω)
- C=10μF(0.00001F)
- ON時間 ton: 0.693×(1000+100000)×0.00001≈0.70秒
- OFF時間 toff: 0.693×100000×0.00001≈0.69秒
この例では、約0.7秒光って、約0.7秒消える、1秒強で1往復する、ゆっくりとした点滅になります。
3. やさしい配線ステップ
前回の経験を活かして、今回の配線は少し複雑になりますが、基本的なルールは同じです。電気は8番(蛇口)から出て、1番(排水口)へ戻る道筋を意識しましょう。
1. 基本の電源接続と足の結合
まずは、ICを動かすための基本的な接続です。
- 1番(GND):電池のマイナス(-)側に繋ぎます。
- 8番(VCC):電池のプラス(+)側に繋ぎます。
- 4番(RESET):リセットを無効にし、常に動作させるため、 8番(VCC) に繋ぎます。
2. 「時間」を決める3つのピンの連結
ここが「非安定マルチバイブレータ」の心臓部です。
- 2番(TRIG)と6番(THR):この2つの足を短い線で直結します。これにより、コンデンサの電圧が1/3まで下がった瞬間(2番)、ICがONになり、同時にコンデンサが2/3に達した瞬間(6番)にICがOFFになる、という繰り返し動作が自動で発生します。
3. 時間調整部品の取り付け
ON/OFFの時間を決定する抵抗とコンデンサを取り付けます。
- 抵抗 RA: 8番(VCC)と7番(DIS) の間に繋ぎます。
- 抵抗 RB: 7番(DIS)と6番(THR) の間に繋ぎます。
- コンデンサ C: 6番(THR)と1番(GND) の間に繋ぎます。
- 重要! 電解コンデンサの場合、 マイナス側(-)を必ず1番(GND) に繋いでください。
4. 結果を出すLEDの接続
最後に、点滅の結果を目に見えるようにします。
- 3番(OUT):ここからON/OFFの信号が出ます。
- LEDと抵抗 RL:3番から 抵抗 RLを通し、LEDのプラス側に繋ぎます。LEDのマイナス側を1番(GND) に繋ぎます。
- 抵抗 RL は、LEDに流れる過剰な電流を防ぎ、LEDが壊れないようにするための必須のガードマンです。
✅ 動作確認!ピカピカ点滅の完成
配線がすべて終わったら、電源(電池)を繋いでみましょう。
特別なスタートボタンを押す必要はありません。電源を繋いだ瞬間から、 3番(OUT) からON/OFFの信号が自動で繰り返し流れ出します。
- LEDが約0.7秒点灯し、約0.7秒消灯する、ゆったりとした点滅が永遠に続けば大成功です!
もしLEDが点滅せずにずっと光っている、または全く光らない場合は、以下の点を再確認しましょう。
- コンデンサの極性:マイナス側が1番(GND)に正しく繋がっているか?
- ICの足の向き:ICには小さな切り欠きや目印があり、そこを基準に1番ピンが決まっています。配線図とICの向きが合っているか?
- 配線のショート:ブレッドボード上で隣り合う穴に違う線が触れてしまっていないか?
- 抵抗の値:使っている抵抗のカラーコードや値が間違っていないか?
🌟 まとめ:555タイマーICは「電子工作の万能選手」
今回学んだ 「非安定マルチバイブレータ」 回路は、電子工作における最も重要な基本回路の一つです。
- LEDを繋げば、「点滅灯」に。
- ブザーを繋げば、「電子メトロノーム」や「警報音」に。
- 抵抗 RA や RB を「可変抵抗」 に置き換えれば、点滅の速さを自由に変えられる装置に。
前回作ったクッキングタイマー(単安定)と、今回作った点滅回路(非安定)。たった一つの 「555タイマーIC」 で、全く違う時間制御の動作が実現できることがわかったのではないでしょうか。
この小さなICの中に秘められた可能性は無限大です。ぜひ、抵抗やコンデンサの値を色々と変えてみて、点滅の速さがどう変わるかを試しながら、電子工作の楽しさを深く味わってみてください!