Cilviaの趣味と技術の記録

趣味でやってることなどを紹介・解説します。

ロボコンにおける回路技術 ~電気・電子の基礎①~

どうも、Cilviaです。ロボコン中国地区は残念ながら初戦敗退となってしまいました。詳細はまた別に記事にしますので、もうしばらくお待ちください。

さて、ちょっとした思い付きで主にロボコンで私が使っている技術に関して、自分のためにもまとめをしたいなと思いました。というわけで、今回は回路の基本、電気電子の基礎に関するところを書いていこうかと思います。

はじめに

まず、電気って何でしょうか?

なんかよくわからないけど、光になったりモーターを動かしたりするものという認識はあるかもしれません。実際のところそんなもんです。だって、目には見えませんから。

しかし中学校になると、電気は電子の動きだということを習ったと思います。ロボコンの回路ではその考え方が必要になる場面も出できます。心の中に留め置いてください。

電圧

電圧(でんあつ、voltage)とは直観的には電気を流そうとする「圧力のようなもの」である。単位としては, SI単位系(MKSA単位系)ではボルト(V)が使われる。電圧を意味する記号には、EやVがよく使われる。電圧は電位差ないしその近似によって定義される。

引用 -Wikipedia

ということらしいです。つまるところ電圧は電位差基準とした電圧(よくグラウンドとか電源の-端子とか言われてる)からどれだけ電圧が高いか、ということを数値にしたものです。単位は[V](ボルト)です。下図参照。

f:id:Cilvia:20161102001035p:plain

ここで大事なのは、電圧はあくまで基準とした電圧(電位)との差で表されることです。つまり、電源の違う2つの回路同士で信号をやり取りするときに、電圧は等しくても基準(0V)が違ったためにうまくいかないことがあります。むしろ壊れるかも……

f:id:Cilvia:20161102001037p:plain

 

こういう場合は2つの回路同士のグラウンドをつなげてやることで解決できたりします。

電流

電流(でんりゅう、: electric current[注 1])は、電子に代表される荷電粒子[注 2]の移動に伴う電荷の移動(電気伝導)のこと、およびその物理量として、ある面を単位時間に通過する電荷の量のことである[1]。電流の向きは「正の電荷が流れる向き」として定義されている。しかし電子は負の電荷であり、電子の流れと電流は逆向きである。

(中略)

狭義には、電位差によって引き起こされる荷電粒子の流れのことを言う。

引用 -Wikipedia

 ということらしいです。つまるところ、電源の+から-方向に流れる電気の流れという認識でいいと思います。ただし、電気の本質である電子の流れの反対だということは覚えておいた方がいいです。単位は[A](アンペア)です。

f:id:Cilvia:20161102004928p:plain

オームの法則

 電気電子の世界で一番使われる法則はみなさんもご存じ、オームの法則です。

オームの法則

{ \displaystyle V = IR }       

で表されます。これは抵抗の両端電圧{V}は抵抗に流れる電流値{I}抵抗値{R}比例することを表しています。

f:id:Cilvia:20161102003639p:plain

ちなみに、抵抗値{R}の単位は[Ω](オーム)です。この式は本当によく使います。例えば、LEDに流れる電流値の概算や分圧などの計算に利用します。

おわりに

書き疲れたので、今回はここまでとします。基礎中の基礎には触れられたので大丈夫でしょう。わかりにくい点・改善点などあれば教えていただけると嬉しいです。

次回はキルヒホッフとかやろうと思います。うちの文化祭である弥生祭あとの更新となると思います。弥生祭を目前に控えて、タスクが山積みですが何とか頑張ります。