豆電球を2個使って、基本的な関係を理解しよう

この電球の説明のゴールは次の回で紹介する直並列回路です。今回もその前振りとして説明しています。とはいえ、基本回路が「どんな風に動くのか」をイメージとして「体で」きちんと覚えておきましょう。

電球を直列に2個つなぎ電圧を変えて電流の変化を確認する

図1-3-1(a)は電球を2個直列につないで、それに2Vの電圧をかけたものです。ここでの電球の明るさは図1-2-4(a)【基準】と比較し暗くなっています。

これらの関係を図1-3-1(b)にまとめてみます。オームの法則で考えてみると、同図(a)は2つの抵抗が直列になっていると考えられますので、図1-2-4(a)【基準】の1/2の電流量です。またそれぞれの電球には半分の電圧(1V)が加わっています(電球という2つの負荷で「分圧される」という)。

ここで2つの電球の明るさを見比べてみましょう。両方とも同じですね。これは「電球という抵抗の大きさが同じ」だということもありますが、もう1つのポイントは「直列回路では各素子には同じ電流量が流れる」と言うことです。

次の図1-3-2(a)は同じように接続された電球に、4Vの電圧をかけたものです。電球の明るさは図1-2-4(a)【基準】と同じ明るさに戻っています。

これらの関係を図1-3-2(b)にまとめてみると、同図(a)の場合は、電圧が2倍になったことで、1つの電球に加わる電圧が2V、電流も図1-3-1(a)の1/2から倍になり、差し引き1で図1-2-4(a)【基準】と同じ状態・明るさに戻っているわけです。

電球を2個並列につないで電流の様子を確認する

図1-3-3(a)は電球を2個並列につないで、それに2Vの電圧をかけたものです。それぞれの電球の明るさは図1-2-4(a)【基準】と同じになっています。

これらの関係も同図(b)にまとめてみましょう。ここでもオームの法則で考えてみると、それぞれの電球に2Vの電圧が加わっているわけですから、電球をひとつずつ点灯させていると考えれば、図1-2-4(a)【基準】の電球1個の場合と何ら変わらないわけです(それぞれ【基準】と同じ電流量)。

さらに図1-3-3(b)のように直流電源から流れる電流は、1個の場合の2倍(2個の電球に流れる電流の合成だから)です。逆にいえば全体で抵抗値が1/2になっているといえます。これも並列回路を考えるときの重要なポイントです。

著者:石井聡
アナログ・デバイセズ
セントラル・アプリケーションズ
アプリケーション・エンジニア
工学博士　技術士(電気電子部門)