電子回路の基礎 -2 回路の法則 -1

当投稿は、東北学院大学工学部 機械知能工学科講義「メカトロニクスIおよびII」の『電子回路の基礎』項目を参考にさせて頂きました。一見難しい記号や式が並んでいるように見えますが、よく読めば大変わかりやすく書いてあります。

材料 秋月テスタ Ｐ−１０ 抵抗各種 単三電池1本で5V出力する電池ボックス ジャンパワイヤ(オス～オス) ブレッドボード

電子回路ではおもに電圧と電流を扱います。電圧（V -ボルト）というのは電気の流れる圧力、電流（A -アンペア）というのは電気の量です。リンク先にも記述があるのですが、電子回路は水の流れに例えると理解しやすいと思います。 『オームの法則』 電子回路の基礎法則です。電圧と電流と抵抗は以下の関係が成り立ちます。 E = IR [ 電圧(E) = 電流(I) × 抵抗(R) ] I = E / R [ 電流(I) = 電圧(E) / 抵抗(R) ] R = E / I [ 抵抗(R) = 電圧(E) / 電流(I) ] 水の圧力（電圧） 水の量（電流） パイプの太さ（抵抗） と例えると、 同じ水量（電流）の場合、パイプの太さを細くする（抵抗値を上げる）と水圧（電圧）が上がります。

同じパイプの太さ（抵抗）の場合、水圧（電圧）を上げると水量（電流）が増えます。

電子回路の場合、回路上の全ての点で「電位」という値が定義されます。この電位は、その回路に使う電子部品や抵抗、センサなどによって各点で異なる値を示します。ある回路上の二点の電位差が電圧として定義されます。

図1

図1の場合、電源は5V、250Ωの抵抗を使っているので、回路に流れる電流は I(?) = E(5V) / R(250Ω) 0.020 = 5 / 250 つまり、0.02A(20mA)です。 抵抗Rの両端のA点とB点の電位差（電圧）は5Vとなります。 『キルヒホッフの第一法則』 ある回路において、入ってくる電流と出て行く電流の和は等しくなります。当たり前のことのようですが、これが後述する法則の基礎として重要な役割を果たします。 I1 + I2 = I3 + I4

図2

図2において、電流I1 + 電流I2 = 電流I3 + 電流I4 が成立します。 『キルヒホッフの第二法則』 ある回路において、電圧は一周したら0になる、という法則です。 E - I1R1 - I2R2 - I3R3 = 0

図3

図3は、E-A-B-C-D と輪になっている回路を、ある回路の一部から取り出したものとします。点A・点B・点C・点Dの先はもとの回路とつながっています。こうしないと、後述する合成抵抗の法則により、電流I1・I2・I3がすべて同じ値になってしまうからですが、とりあえずあまり気にしないものとします。 まず、A点の電圧（D点を基準とした電位差）は5Vです。 次に、抵抗R1にかかる電圧（B点を基準とした電位差）は、オームの法則によりI1R1となります。 つまり、B点の電圧（D点を基準とした電位差）は、E - I1R1 となります。 次に、抵抗R2にかかる電圧（C点を基準とした電位差）は、オームの法則によりI2R2となります。 つまり、C点の電圧（D点を基準とした電位差）は、E - I1R1 - I2R2 となります。 次に、抵抗R3にかかる電圧（D点を基準とした電位差）は、オームの法則によりI3R3となります。 つまり、D点の電圧（D点を基準とした電位差）は、E - I1R1 - I2R2 - I3R3 となります。 D点を基準にD点の電圧をみると、0Vになっているはずです。