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電子工作[超]入門 Lab.

電子工作[超]入門 Lab.では、これから電子工作を始める人に向けた情報や作例を紹介しています。

直列接続で電圧を分ける
1-4

分圧

2017-11-162017-11-16

抵抗器を直列接続した電気回路(電子回路)を使って、分圧を解説します。

1-4-1.抵抗器に加わる電圧

1-1.電気の流れを考える【オームの法則】では、基本かつ最も重要な関係式の一つとして、オームの法則を解説しました。図1-4-1-1は、オームの法則を表す関係式です。「抵抗」は抵抗器の「電気の流れを妨げる力」、「電流」は電気回路(電子回路)を「流れる電気の量」です。では、この関係式の「電圧」とはどの部分なのでしょうか。

図1-4-1-1.オームの法則(電流=電圧÷抵抗)
図1-4-1-1.オームの法則(電流=電圧÷抵抗)

図1-4-1-2は、一つの直流電源と一つの抵抗器からなる電気回路(電子回路)です。直流電源の電圧をV[V(ボルト)]、電流をI[A(アンペア)]、抵抗をR[Ω(オーム)]とします。

図1-4-1-2.抵抗器に加わる電圧
図1-4-1-2.抵抗器に加わる電圧

「電圧」とは、直流電源が「電気を押し出す力」のことですが、実はこの「電気を押し出す力」が、抵抗器にも作用しています。これを抵抗器に電圧が加わる、または印加(いんか)されるといいます。赤い矢印で示した部分です。

この電気回路(電子回路)のように、直流電源に対して、抵抗器が一つの場合、抵抗器に加わる電圧は、直流電源の電圧に等しくなります。

1-4-2.分圧とは

では、複数の抵抗器がある場合はどうなるのでしょうか。図1-4-2-1は、二つの抵抗器を直列接続した電気回路(電子回路)です。この時の抵抗R1[Ω]・R2[Ω]にかかる電圧を考えてみます。

図1-4-2-1.分圧を考える
図1-4-2-1.分圧を考える

まず、電流I[A]を求めるために、二つの抵抗R1[Ω]・R2[Ω]の合成抵抗を考えます。二つの抵抗器は直列接続なので、合成抵抗はそのまま加算することで求められ、合成抵抗はR1+R2[Ω]となります。合成抵抗を一つの抵抗器を見なすと、その抵抗器に加わる電圧はV[V]となります。電流I[A]は、オームの法則より電圧÷抵抗で求められるので、この電気回路(電子回路)の電流I[A]は図1-4-2-2に示したようになります。

図1-4-2-2.合成抵抗と電流
図1-4-2-2.合成抵抗と電流

電流I[A]は、直列接続の場合、抵抗R1[Ω]・R2[Ω]に等しく流れます。抵抗R1[Ω]・R2[Ω]にかかる電圧V1[V]・V2[V]は、オームの法則より電流×抵抗で求められるので、電圧V1[V]・V2[V]は図1-4-2-3に示したようになります。

図1-4-2-3.抵抗器にかかる電圧
図1-4-2-3.抵抗器にかかる電圧

抵抗R1[Ω]・R2[Ω]にかかる電圧V1[V]・V2[V]が求められました。難しそうに見える式ですが、よく見ると直流電源の電圧V[V]に対して、各抵抗R1[Ω]・R2[Ω]の比(R1:R2)で分割されていることがわかります。R1[Ω]÷(R1[Ω]+R2[Ω])、R2[Ω]÷(R1[Ω]+R2[Ω])の部分をV[V]の係数と考えるとわかりやすくなります。

このように直列接続において、電圧が分割されることを「分圧」といい、抵抗器の場合、各抵抗の比によって分圧されます。また、分圧された電圧をすべて加えると、直流電源の電圧に等しくなります。

1-4-3.並列接続では?

図1-4-3-1は、一つの直流電源と二つの抵抗器を並列接続した電気回路(電子回路)です。並列接続では、分圧されず、直流電源と同じ電圧V[V]が各抵抗器に加わります。

図1-4-3-1.並列接続では?
図1-4-3-1.並列接続では?

1-4-4.分圧の計算例

図1-4-4-1は、分圧の計算例です。

図1-4-4-1.分圧の計算例
図1-4-4-1.分圧の計算例
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