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電気回路の基本(2) 回路図と設計

回路の設計というのは?

回路勉強する上では回路図が見れるようになることは重要です。
回路図の中身よりもまずは図としての意味を理解する必要があります。
確かに回路図がすべての設計でないことは確かですが
回路図には設計の大半があることは確かです。

 

実際の回路図

Batt_R

 

 

 

 

 

図はバッテリーに抵抗をつないだだけの回路です。
電子工作では電池を使うことは多いと思いますので、基本中の基本です。
この回路で覚えるべきことは

(1)回路は必ず円を書いてプラスから出た電源はマイナスに戻る。
(2)回路の部品には番号(リファレンス)をつけて部品を識別できるようにする。

この2点が重要です。
電子の流れはマイナスからプラスなのですが、日本ではプラスからマイナスという考え方が一般的です。

次に番号(リファレンス)ですが、これは部品を識別するためにつけるものでアルファベット+数字の構成が一般的です。
アルファベット部分は部品の種類を示し、数字部分は通し番号をつけたり、回路図の枚数やグループに応じて数字を飛ばしたりします。
とくにルールがあるわけではないのですが、わかりやすくするのが一般的です。
一般的な会話としてはR6の抵抗を1kΩから3.3kΩに変更するなどリファレンスで呼んで区別しています。

 

回路図の動作

さて、この回路図の動作ですが、抵抗がつながっているだけでモーターがつながっているわけでもLEDが付いているわけでもないので光ったり動いたりすることはありません。
では意味がないかというと、必ずそうとは言い切れません。
抵抗というのは電流を制限したりと回路図で多用される部品ですが、抵抗はかかる電圧がかって、電流が流れると熱が発生します。
熱にはなりますが、抵抗はE=IRの関係で電圧か電流どちらかが決まれば、もう一方が決まるという関係にありますので回路の制御には欠かせないものになります。

この回路図では
電圧Eは電池V1で1.5Vになります。なので
E=1.5となります。
電池というのは電圧が先に決まる定電圧電源というものなので、基本は電圧が先に決まります。

抵抗はR1で10オームなので
R=10となります。

電流IはE=IRの変形で
I=E÷Rとなるので、I=1.5÷10となります。
電流Iは0.15Aとなりすべての回路の動作が判明します。

抵抗には1.5Vの電圧がかかり、0.15Aの電流が流れているので
抵抗で消費されている電力はP=EIの関係で
P=1.5×0.15=0.225Wとなります。
この分が熱になって逃げています。

 

絶対最大定格

さて、抵抗には絶対最大定格というものがあります。
これを一瞬でも超えたら壊れてしまうかもしれない値です。
本当の限界値なので限界ギリギリで使うことはありません。
また、電力については抵抗が燃える電力ということで
周囲の温度によっても許容できる電力が変わってきます。
この周囲温度が上がることで最大定格が下がることを熱ディレーティングといいます。
この場合には0.225Wなので限界ギリギリというわけには行かないので
0.5W程度か1W程度と半分ぐらいの実力で使うのが一般的です。

 

いい回路図

さて、回路図は一見すると役目を果たしている気がしますが
本当にいい回路図というのはちょっと違います。
いい回路図はCADが進化したこともあり、もう少し手を加えたほうがいいです。
Batt_R2

 

 

 

 
どうでしょうか?
計算しなくても電流も電力も分かりますし
どんな電池なのか?何Wの抵抗を使っているのかがわかりやすいですよね?
全ての抵抗に書く必要がありませんが、標準的な抵抗を決めて
それ以外には記入するというルールが一般的だと思います。
また、ケーブルなど回路図には現れないものもわかりやすく
これを見るだけでどんな形のものかがなんとなくわかりますよね?
回路図は人がわかるように書くと自分が後で見た時にもわかりやすいということを覚えておくといいです。

 

 

 

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