コンデンサの働きを学ぶ実験の記録
主な材料
| 部品 | 数量 |
|---|---|
| コンデンサ (1000μF 35V) | 1 |
| 抵抗 (220Ω) | 1 |
| LED | 2 |
| タクトスイッチ | 2 |
| テスター | 1 |
| 電源になるもの (Arduino) | 1 |
実験1. 原始的な方法で動作を知る
充電
Arduino の 5V と GND からジャンパ線で直接コンデンサに手でくっつける。足の長い方がプラスになる。繋ぐ電圧はコンデンサの定格電圧以下にする。今回は 35V と記載があったので問題ない。
計測
普通にテスターで電圧を計る。このとき 5.05V と表示された。もしかしたら 35V まで充電されているのかもしれないと考えて最初ちょっと取り扱いが恐かったのだけど杞憂だった。充電できる最大の電圧は供給元の電圧と一致するらしい。しばらく見ているとだんだん下がって 4.9V ぐらいになった。テスターのせいなのか、勝手に放電されたのかはわからない。
放電
220Ωの抵抗をコンデンサにくっつける。数秒間当てるぐらいでよい。
再計測
再度テスターで電圧を計る。すると 0V に変わった。
以上の過程から、なんとなく充電できる乾電池に似ているのがわかった。
実験2. 充放電をLEDで確認する
青のスイッチで充電する。充電中は赤の LED が点灯する。充電が終わるにつれて電流が流れなくなり LED がゆっくり消えていく。
緑のスイッチで放電する。放電中は緑の LED が点灯する。放電が終わるにつれて電流が流れなくなり LED がゆっくり消えていく。
実験3. LEDをゆっくり点灯・消灯する
まずコンデンサ無しで考える。それはもっとも基本的な LED を点灯させる回路になっている。
そこでコンデンサを LED と抵抗を跨ぐように繋げると、不思議なことに点灯と消灯が段階的になる。これが LED を急激な電流の変化から守っているということなのか！？
ただ人間が寒暖差で風邪をひきやすいのはわかるが、デジタルな世界なのに急激な電流の変化に弱いというのがよくわからなかったりする。
ゆっくり点灯してなくない？
参考にさせていただいたサイトに「ゆっくり点灯」すると書いてあるのだが、実際に試すと一瞬で明るくなる。強いていえば最大の明るさから二段階ぐらいさらに明るくなっているように見えなくもない。それでいえば一応段階的なのかもしれないがゆっくりという感じではない。これもどうしてなのかわからない。
(追記) ゆっくり点灯しない原因判明
抵抗とLEDを跨ぐようにコンデンサを接続していたのが原因だった。ゆっくり点灯させるには「LED だけ」を跨ぐように接続しないといけないそうだ。まとめると、
- LED と 抵抗を跨ぐ → すぐに点灯・ゆっくり消灯
- LED を跨ぐ → ゆっくり点灯・ゆっくり消灯
となる。こちらの動画がわかりやすい。
https://www.youtube.com/watch?v=183s88FN3kw&t=80s
ゆっくり消灯するメリットは？
電源が一瞬切れたとする。コンデンサが無いと LED は一瞬消えてしまう。コンデンサがあるとコンデンサからの供給で LED は消えない。つまり電源が一瞬落ちても LED は消えない。これが電源供給を安定させるということなのだろうか。
なぜ 1000μF ？
1000μF だとゆっくり消灯するのを目視できたから。いくつか試したところ、100μF だと充電できる量が少ないせいか一瞬で放電されてしまう。これではコンデンサの有無による違いがわからない。したがって実験するには、なるべく容量の大きなコンデンサが良さそう。
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