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蛍を作って学ぶ基本的な電子工学

300日前原文(a64.in)

概要

  • 電子工作初心者 が自作ホタルLEDを作る体験記
  • 失敗と試行錯誤、 AIやYouTube を活用した学習過程
  • LDRやポテンショメータなど 新しい部品 との出会いと工夫
  • トラブルや発見 のエピソード紹介
  • 作ること・学ぶことの 純粋な楽しさ を再発見

電子工作未経験から始めるホタルLED作り

  • ホタル が来なくなった寂しさから、自作LEDホタル作りを決意
  • Astable Multivibrator という回路を発見し、ON/OFF自動切り替えの仕組みに感動
  • 電子回路の基礎知識 （電圧・電流・抵抗・コンデンサ・トランジスタ）をゼロから学習
  • AIツールやYouTube で初歩的な疑問を解決しながら、理論を少しずつ理解
  • 部品購入 と初回路組み立てで、LED点滅回路が一発成功

回路の課題と改良

  • 課題1：昼も点滅し続ける ため、省エネとリアリティ向上の必要性
  • 課題2：点滅間隔が速すぎる ため、実際のホタルらしさに欠ける
  • LDR（光依存抵抗） の存在をAIで知り、昼夜判別機能を追加
    • 最初は配線ミスで失敗、正しく接続し直して成功
    • 抵抗との組み合わせ で感度調整も可能に
  • 点滅間隔調整 のため、抵抗・コンデンサの値を色々試す
    • ポテンショメータ で可変抵抗導入、回してベストな間隔を発見
    • 100kΩ→500kΩで1秒→5秒へ点滅間隔延長
  • 自作Webシミュレータ （https://a64.in/tools/astable-delay-simulator.html）で予測も実施

消費電力・電池寿命の最適化

  • マルチメータ で消費電力を測定し、低容量コンデンサ＋高抵抗がベストと判明
  • 電池寿命計算ツール （https://a64.in/tools/battery-life-calculator.html）を自作し、約8ヶ月持続を確認

失敗・トラブルとその解決

  • ジャンパーワイヤーの断線 で回路が動作不良、1本ずつテストして発見
    • 以降は フックアップワイヤー を使用
  • 回路シミュレータの不具合 （tinkercad.comやfalstad.com/circuit）で複雑な回路が再現できず
  • はんだ付け煙による呼吸への影響 を感じ、古いCPUファン＋12Vアダプタで簡易排煙装置を自作
  • 必要なコンデンサを壊れた基板から回収 し、「電子部品のリサイクル」に目覚める
  • 完成回路の点灯テスト で、部屋の遠くから本物のホタル感を確認
  • 見た目の悪さや転倒問題 に、ホットグルーや3Dペン、即席スタンドで対応

完成と達成感

  • 5個のホタルLED回路 を完成（ブレッドボード1個、他は「デッドバグ」方式で屋外用に密封）
  • 夜に一斉に点滅する光景 が、予想以上の喜びと満足感をもたらす
  • 初めてプログラミングを学んだ頃の没頭感 を再発見
  • 「作る・学ぶ・失敗する」こと自体が最大の楽しみ と気付く

さらなる挑戦へ

  • 回路図: https://tinyurl.com/2avzjyyn
  • 今後はより賢く、長持ちするホタルLED作り を目指す
  • 「続きはこれから」 というワクワク感と共に、ものづくり・学びの旅は続く

Hackerたちの意見

ソフトウェアのクリーンさと、あのひどい回路図の対比が衝撃的だね。でも、ちゃんと動いてる！アナログエレクトロニクスに挑戦した著者には拍手を送りたい。今の時代、ほとんどの人はマイクロコントローラーにタイマーをつけて、2分で終わらせちゃうからね。それじゃ面白くないよ。純粋なアナログデザインのミニマルな美しさには何か特別なものがあるし、バイナリの箱に閉じ込めるんじゃなくて、電子をその本来の環境で扱うことには特別な満足感があるよね。

└

こういうのに触れるのは久しぶりなんだけど、2025年に黄色いLEDを点灯させるためのGPIOがいくつかついたシンプルなArduinoスタイルのチップはどれくらい安く手に入るかな？

└

今の時代、ほとんどの人はエコシステムによると思う。確かに「メーカー」コミュニティの多くは、安くて早くて簡単に動かせる解決策を受け入れる傾向があるけど、一方でDIYシンセコミュニティは逆の傾向がある（少なくとも私の経験では）、シンプルな回路図や「基本に戻る」ビルディングを好んで、時にはプリビルドのICを使わないことさえある。

└

正直、ソフトウェアのバックグラウンドを持つ人には一番簡単な入り口だと思う。アナログ回路は難しいけど、やりがいがある。色々なICに進むにつれて、物事が素晴らしい形で「理解できる」ようになってくる。あ、バッテリーの持ちもいいしね！

└

俺にとってアナログはワクワクする領域だな。まだ発見されていない国みたいな感じ。真空管もいじったことがあって、すごく楽しんだ。トランジスタは、なぜか俺には全く理解できなかった。でも、フォレスト・ミムズIIIの本を基にした「トランジスタ遊び場」を作って、そこでは楽しんで遊んでた。 [1] https://imgur.com/a/dChq4AZ [2] https://archive.org/details/forrest-mims-basic-semiconductor... 編集: 実は、トランジスタで論理ゲートを作るためのトランジスタロジック遊び場だったことを忘れてた。別のフォレスト・ミムズの本に基づいてる: https://archive.org/details/engineersmininot00mims

└

すべての電子回路図が実は逆になってるってこと、まだ信じられないよ。みんなそれで平気なんだね。

アナログ電子回路について何も学ぶ前からプログラミングはしてたよ。みんなと同じようにラジオシャックの160-in-oneを持ってたし、指示に従うことはできたけど、何が起こってるのかは理解できなかった。まるでコンベアベルトのように、各コンポーネントがそれぞれのタスクをこなしている秩序あるパイプラインだと思ってたんだ。大学で物理のLRC回路を勉強するまで、やっと理解できた。個々のコンポーネントが単独で何をするかはあまり面白くないけど、組み合わせた時にこそ魔法が起こるんだ。要するに、振動、波を作り出している。共鳴システムを作っているんだよ。波は電流や電圧のようにさまざまな次元で存在できるし、波の大きさや周波数を調整して役立つタスクをこなすことができる。

└

何度もお願いしたけど、結局160-in-oneは手に入らなかった。=\ でも、ラジオシャックのプロジェクトボックスはたくさん組み立てたよ。

└

あのヴィンテージのラジオシャックキットの現代の良い代替品を知ってる？

└

子供の頃、RadioShackの「ScienceFair」ブランド（RadioShackと共同ブランド）の「Advanced Electronics Lab - 300 projects」キットを持ってたんだ。昨日、すごく古い電子機器のお店でまた見つけた。壁から天井までぎっしり詰まった、すごく楽しい場所で、各カテゴリー（テスト機器、受動・能動部品、モーター、モータードライバー、音声、映像、趣味全般）がすごく整理されてたり（受動部品は「ジェリービーン」みたいに）、40年の技術の歴史を感じるエキセントリックなものが山積みになってたりする。懐かしさで買ったけど、修理したりアップグレードして、姪っ子が大きくなったらあげようかな。でも、見てみたらずっと疑ってたことが確認できた。1) LRC回路みたいなものはオシロスコープなしじゃ理解できない。今は持ってるけど、子供の頃に安くて質の悪いものでも持ってたらすごく良かったな。2) 本がすごく雑に書かれてて、急いで作った感じで、創造性や探求心を育む基本的な説明が全然なかった。もっとわかりやすい本があればよかったな。大学で微積分を使った電磁気学を学ぶまで、面白い形で電子工学を理解することはなかった。キットを使うのは主に古い赤いLEDを爆発させるのが楽しかった。電子回路記号やブレッドボード、基本的な工作に慣れることができた。その幼少期の経験が、人生を通じて電気関係のことに対する自信を持たせてくれた。

電気工学の学士号を持ってるけど、回路がどう動くかはまだ完全には理解できてない、特にトランジスタが関わるものは。電流や電子の「流れ」について考えるためにいろんなメンタルモデルを試したけど、100%うまくいくものはないんだ。多分、私の脳の働き方なんだろうね：全体の回路を頭に入れてVやIを解くよりも、アルゴリズミックな思考（A → B → C）が好きなんだ。

└

自分がやった電子工学のBEngは、こういうことにもっと合ってるかも。電気工学（BEng）もやったけど、そっちはパワーや制御、モーターとかが中心で、あんまりこの分野には関わってなかったな。

└

自分はEEの学士と修士を持ってる。学部の時、毎週新しいアナログ回路を使って違う問題を解く授業を受けた。最初はBJT、抵抗、コンデンサだけしか使えなかったけど、最終的には555タイマーを離散トランジスタから作って、そのICを将来使えるように「アンロック」した。ある時点からはオペアンプや他のICも使えるようになった。この授業は人生で一番難しかったけど、20年経った今でもアナログ電子工学の直感的な理解を与えてくれた。努力の代わりになるものはないと思う。AI学習についての投稿も同じだよ。魔法はAIじゃなくて、学ぶ意欲なんだ。AIがプロセスにもっとワクワクさせる手助けをするかもしれないけどね。

熱心な回路ハッキングとはあまり関係ないけど、著者が生きたホタルを見なくなった理由は、世界的な昆虫の個体数の急激な減少かもしれないね。バイオマスは年間2-10%の範囲で減少しているらしいよ。[0] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Decline_in_insect_population...

└

なんてこった。

「蛍が大好きなんだけど、最近は理由もわからず来なくなった。昔みたいに暗闇に小さく光る点が見えない。思ったよりも寂しい。光害や、もっと言えば農薬のせいだと思う。全ての昆虫の数が劇的に減ってる。『ドイツの自然保護区では、25年で飛ぶ昆虫の4分の3が消えた』」

└

あと、落ち葉を取り除く人もいるよね。蛍は落ち葉の中に卵を産むから、落ち葉がないと交尾する蛍もいなくなる。

└

夜間運転や長距離の昼間のドライブで、車の前が虫だらけになっていた記憶がある。今はそんなことないみたいだね…

└

知ってる限りだと、ホタルは芝生の化学薬品や光害に弱いんだって。幼虫の状態で約2年過ごして、成虫になってからは地上で数週間だけ生きるらしい。芝生や土壌の殺虫剤が幼虫を殺しちゃうし、光害が交尾相手を見つけるのを妨げるんだ。

そういえば、昆虫の消失は他でも目立つよね。俺は釣りが大好きで、ずっとやってるんだけど、知ってる年配の人たちも昆虫が減ったって言ってる。特定のフライやルアーが効かなくなったり、効果が大幅に減ったのに気づいてる。少なくとも数世代の間（魚は寿命が短いから）、その昆虫に触れてこなかったからだと思う。

└

それ、俺も聞いたことある。でも、俺の経験では、ほとんどが農薬のせいだと思う。人々は蚊やノミ（アリやゴキブリも）なしの庭を求めて、毒を撒いてるから、残念ながら全てが死んじゃう。庭のサービスをキャンセルしたら、鳥が戻ってきて、食べ物を追いかけてるのに気づいた。蝶々がランタナを覆って、夜には蛍も見かけるようになった。

この投稿を読んで、色々な感情が湧いてきた。フィリップ・K・ディックの「アンドロイドは電気羊の夢を見るか？」は映画「ブレードランナー」のインスピレーションになった作品なんだけど、戦争の影響で野生動物が絶滅してしまって、大半の人はペットとして電気動物しか飼えない世界なんだ。ここで、電子ホタルを作るための巧妙な回路設計やデバッグが、人工の光がホタルの繁殖やコミュニケーションを妨げるという事実によって、さらに切なく感じる。夜のLED光害がホタルの個体数減少の主な理由の一つなんだよね。

それで、ウェブを検索してみたら、tinkercad.comに回路シミュレーターがあって、部品をドラッグ＆ドロップして動作を確認できることがわかった。簡単な回路ではうまくいったけど、俺の使ったアステーブル・マルチバイブレータでは、なぜかうまくいかなかった。falstad.com/circuitも試したけど、同じことが起こった。これもダメだった。理由を調べてみたら、時々こういうシミュレーターは複雑な回路にはうまく機能しないことがあるみたい。もし、趣味レベルの回路設計とシミュレーションソフト（macOS用かオンラインで！）を知っている人がいたら、教えてもらえるとめっちゃ感謝する！kicadやdiylc、fritzingなどいくつか試したけど、どれも本当に「使える」ものがなかった。これを作った人たちの頭の中が、ある悲劇的な方法で壊れているように感じる。俺にとっての聖杯は、電子的な部分と空間的な部分をデザインできるものだな。機能をテストするところから、基板を作るところまで（ストリップボードのサポートがあればさらに嬉しい！）。

└

アステーブル・マルチバイブレータって何？

└

素朴なプログラマーの俺は、「回路をシミュレートするのはそんなに難しくないはずだ」と思って、自分のシミュレーションエンジンのプロトタイプに取り掛かりたいんだけど、これがまだ十分に解決されていないってことにちょっと躊躇してしまう。

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趣味で使うには、回路設計とシミュレーションを別々のソフトウェアでやるのが一番いいと思う。LTspiceはシミュレーション用で、KiCadやEasyEDAはPCB設計用に使ってる。こういうのにハマるには、ちょっと変わった思考が必要だってことには完全に同意するよ。LTspiceのシミュレーションツール、特にトランジェントシミュレーションで部品の値を時間で変えられるのが好きなんだけど、学ぶのが本当に大変なソフトだよね。

シミュレーターがうまく動かないのは、これらの回路が寄生素子を利用しているせいなのかな。確か、元のジャウル・シーフ回路にはブースト回路に必要なコンデンサーがないんだよね。物理的な部品には、回路に実際の影響を与える寄生抵抗やインダクタンス、キャパシタンスがあるんだ。

電子機器に対する興味を再燃させたいんだけど、基本的な部品を少しずつ買えるオンラインショップや実店舗ってあるかな？