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*電気回路とは…
抵抗、コンデンサ、コイルの要素のみで構成された回路のこと。
よってトランジスタやダイオードなどは電気回路では扱わない。
これらは電子回路に属する。
また、それぞれの素子の原理は電磁気で扱うことになる。
ロボットで回路を作ろうとするといろいろな知識も必要になる。
だからといってすべてを理解するのは難しい。
よってロボットのための電気回路が必要になるわけだ。
*基本:オームの法則
E=RI
電圧は電流と抵抗の積に等しい。
合成抵抗や分圧の概念はここから。
*重要:電力
P=EI=RI^2
電力は電圧と電流の積に等しい。
オームの法則より電圧を用いない式にも変更可能。
これに時間を加えると発熱量となる。
これだけわかったら、電気回路部品の簡単な概念を説明しよう。
*抵抗
もっとも標準的な回路素子。
直流、交流ともに同じ働きをする最も簡単な素子でもある。
オームの法則に出てくるように、電流と抵抗値の積が電圧となる。
LEDの保護抵抗に代表されるように、簡単に分圧することができる。
また、合成抵抗という概念では、直列なら和、並列なら積/和となる。
ポテンショメータやCdSセルは抵抗が変化する素子であり、工夫することでセンサとして用いることもできる。
*コイル
直流成分を透過し、交流成分のみを減衰、抑制させる素子。
電流より磁場が発生するため、電流を蓄える性質がある。
モータもコイルの一種として考えることもできる。
問題として、コイルには抵抗値が存在するため、理想のコイルとしてそのまま使うことはできない。
[[昇圧回路]]によく使われることもある。
直流の定常状態では短絡として扱われる。逆にパルスを入力した瞬間は開放として扱われる。
銅線で輪ができるだけでコイルの成分が存在してしまうため、測定ノイズの原因となることもある。
*コンデンサ
交流成分のみを透過し、直流成分を抑える素子。
電極板に電荷を蓄えることで電圧を蓄える性質がある。
直流では、電源に並列につなぐことでノイズの抑制を行うことができる。
直流安定化電源には最後の平滑化に使われる。
コンデンサの動作はFETのスイッチング動作にも関係している。
直流の定常状態では開放として扱われ、逆にパルスを入力した瞬間は短絡として扱われる。
特殊な方法を用いることで[[昇圧回路]]にも用いられる。
二つの銅線があるだけでコンデンサの成分が存在してしまうため、測定ノイズの原因となる。
*ロボコンを意識した電気回路
ここからは、ロボコンのためだけの電気回路を進めよう。
ロボットには充電池を用いることが多い。
つまり、直流電源を用いた回路が多いため、交流の知識はあまり必要ない。
しかし、モータの動作を考えてくるとそうもいってられず、過度特性という強敵が存在する。
すべてをいきなり理解するのは難しいが、一つ一つ覚えていこう。
*抵抗
上記のとおり用途はLEDの保護抵抗に代表される。
やはり大事なのはカラーコード。抵抗値がわからないければ、使うこともできない。
カラーコードは抵抗に5本以上の線が入っているものもあるが、4本を用いることがおおい。
第1,2色帯が数値、第3色帯が桁を示す。
カラーコードは次のとおり。
黒→0
茶→1
赤→2
橙→3
黄→4
緑→5
青→6
紫→7
灰→8
白→9
金や銀(たまに他の色もある)が誤差率を示す第4色帯となっている。これで向きを判断しよう。
一般的な抵抗は誤差率5%の炭素皮膜。許容電力もあまり高くないので気をつけよう。
1kΩ抵抗は、茶黒赤金となっているので参考に。
加えて可変抵抗を使うことも多い。
3端子の可変抵抗は、2端子の間を1端子が動く形となっている。
そのため2端子は一定の抵抗値を持ち、他のパターンは可変となる。
ポテンショメータも同じ原理を用いている。
大事なことは、抵抗が入っている限りそこに流れる電流は電源電圧÷抵抗値以下となること。キルヒホッフ則でそれが良くわかるはず。昇圧を除けば。
*コイル
使わない。
使うとしたら[[昇圧回路]]のみ。
*コンデンサ
電圧の変動を抑えるため、様々な素子の隣に置かれる。電源、IC、マイコンなど。
電源を切ってもLEDが少しの間消えないのはこの素子の影響。
セラミックコンデンサ、電解コンデンサを中心に使うことになる。
電解コンデンサに限り、電圧の向きと大きさに制限がある。間違えて爆発させないように。
モータにもノイズ対策として使われる。
抵抗と組み合わせることで遅延回路を組むこともできる。
*発展的な電気回路
電気回路を理解しようとするときに必要な知識。
**キルヒホッフ則
どのような回路でも、一巡した回路の電圧の和は0になる。
どの点でも流入する電流と流出する電流の量は等しい。
簡単に言えば、エネルギーは増えないし消えない。
回路の消費電力は、電源の電圧と電源から流れる電流の積になる。
*電気回路とは…
抵抗、コンデンサ、コイルの要素のみで構成された回路のこと。
よってトランジスタやダイオードなどは電気回路では扱わない。
これらは電子回路に属する。
また、それぞれの素子の原理は電磁気で扱うことになる。
ロボットで回路を作ろうとするといろいろな知識も必要になる。
だからといってすべてを理解するのは難しい。
よってロボットのための電気回路が必要になるわけだ。
*基本:オームの法則
E=RI
電圧は電流と抵抗の積に等しい。
合成抵抗や分圧の概念はここから。
*重要:電力
P=EI=RI^2
電力は電圧と電流の積に等しい。
オームの法則より電圧を用いない式にも変更可能。
これに時間を加えると発熱量となる。
これだけわかったら、電気回路部品の簡単な概念を説明しよう。
*抵抗
もっとも標準的な回路素子。
直流、交流ともに同じ働きをする最も簡単な素子でもある。
オームの法則に出てくるように、電流と抵抗値の積が電圧となる。
LEDの保護抵抗に代表されるように、簡単に分圧することができる。
また、合成抵抗という概念では、直列なら和、並列なら積/和となる。
ポテンショメータやCdSセルは抵抗が変化する素子であり、工夫することでセンサとして用いることもできる。
*コイル
直流成分を透過し、交流成分のみを減衰、抑制させる素子。
電流より磁場が発生するため、電流を蓄える性質がある。
モータもコイルの一種として考えることもできる。
問題として、コイルには抵抗値が存在するため、理想のコイルとしてそのまま使うことはできない。
[[昇圧回路]]によく使われることもある。
直流の定常状態では短絡として扱われる。逆にパルスを入力した瞬間は開放として扱われる。
銅線で輪ができるだけでコイルの成分が存在してしまうため、測定ノイズの原因となることもある。
*コンデンサ
交流成分のみを透過し、直流成分を抑える素子。
電極板に電荷を蓄えることで電圧を蓄える性質がある。
直流では、電源に並列につなぐことでノイズの抑制を行うことができる。
直流安定化電源には最後の平滑化に使われる。
コンデンサの動作はFETのスイッチング動作にも関係している。
直流の定常状態では開放として扱われ、逆にパルスを入力した瞬間は短絡として扱われる。
特殊な方法を用いることで[[昇圧回路]]にも用いられる。
二つの銅線があるだけでコンデンサの成分が存在してしまうため、測定ノイズの原因となる。
*ロボコンを意識した電気回路
ここからは、ロボコンのためだけの電気回路を進めよう。
ロボットには充電池を用いることが多い。
つまり、直流電源を用いた回路が多いため、交流の知識はあまり必要ない。
しかし、モータの動作を考えてくるとそうもいってられず、過度特性という強敵が存在する。
すべてをいきなり理解するのは難しいが、一つ一つ覚えていこう。
*抵抗
上記のとおり用途はLEDの保護抵抗に代表される。
やはり大事なのはカラーコード。抵抗値がわからないければ、使うこともできない。
カラーコードは抵抗に5本以上の線が入っているものもあるが、4本を用いることがおおい。
第1,2色帯が数値、第3色帯が桁を示す。
カラーコードは次のとおり。
黒→0
茶→1
赤→2
橙→3
黄→4
緑→5
青→6
紫→7
灰→8
白→9
金や銀(たまに他の色もある)が誤差率を示す第4色帯となっている。これで向きを判断しよう。
一般的な抵抗は誤差率5%の炭素皮膜。許容電力もあまり高くないので気をつけよう。
1kΩ抵抗は、茶黒赤金となっているので参考に。
加えて可変抵抗を使うことも多い。
3端子の可変抵抗は、2端子の間を1端子が動く形となっている。
そのため2端子は一定の抵抗値を持ち、他のパターンは可変となる。
ポテンショメータも同じ原理を用いている。
大事なことは、抵抗が入っている限りそこに流れる電流は電源電圧÷抵抗値以下となること。キルヒホッフ則でそれが良くわかるはず。昇圧を除けば。
*コイル
使わない。
使うとしたら[[昇圧回路]]のみ。
*コンデンサ
電圧の変動を抑えるため、様々な素子の隣に置かれる。電源、IC、マイコンなど。
電源を切ってもLEDが少しの間消えないのはこの素子の影響。
セラミックコンデンサ、電解コンデンサを中心に使うことになる。
電解コンデンサに限り、電圧の向きと大きさに制限がある。間違えて爆発させないように。
モータにもノイズ対策として使われる。
抵抗と組み合わせることで遅延回路を組むこともできる。
*発展的な電気回路
電気回路を理解しようとするときに必要な知識。
**キルヒホッフ則
どのような回路でも、一巡した回路の電圧の和は0になる。
どの点でも流入する電流と流出する電流の量は等しい。
簡単に言えば、エネルギーは増えないし消えない。
回路の消費電力は、電源の電圧と電源から流れる電流の積になる。
*電圧と電流
意外と電圧って概念はわかりにくい。
電流については、「断面を通った電子の数」って説明できるので。
中学校の説明では滝なんてものが有名。
実際、電子の位置エネルギーです。
さらに簡単に言うと、押す、または引く力です。
重い箱に力を加えても動かないのが、電池に何もつなげてない状態です。
箱が軽ければ押して動かせる、この箱の重さが抵抗です。
なんで電池の中は電流流れてないのって話になりますよね。
簡単に言うと、電池の中にはものすごい高い壁が存在します。
そのままではこの壁を超えることはできないので、化学的な変化を使います。
この化学変化の有無がコンデンサと電池の違いになります。
コンデンサはあくまで電気の力のみで電気を蓄えますので、
電流を流すほど電圧が高くなります。
しかし電池は電圧を加えると中で化学変化を起こして、
電圧が上がらなくなります。
逆に外の電圧が下がると化学変化で電気を流し始めます。
いわゆる平衡状態。
だから電池は電圧が決まってるわけです。