オームの法則と電流のおさらい

オームの法則とは、

簡単に言ってしまえば、

抵抗の両端にかかっている電圧を求める

・電流がどれだけ流れているか求める

ときに使う法則です。

これだけ理解しておけば、エフェクター自作には十分ですが…

ここで一旦おさらいしましょう。

\(V = R \times I \)

Vは電圧。

Rは抵抗値。

Iは電流です。

VRIなので個人的には”魚のぶり”とおぼえています。

さて、いくら口で説明してもパッとしないので実践的な計算をしましょう。

途中パット見うっとうしい計算式が出ますが、

中学1,2年生ぐらいの数学ですので大丈夫です。

まずは単位の話

Vはそのままボルトです。

mV等の場合はVに変換してください。

例えば、100mVは0.1Vです。

Rは抵抗値なのでもちろんΩ(オーム)です。

Ωです。なにもついていないΩです。

例えば1kΩなら1000Ωと変換します。

Iは電流なのでもちろんA(アンペア)です。

mA等の場合は変換します。

例えば、1000mAなら1Aです。

ここで少し便利なこと

VとIにくっつくm(ミリ)とか、k(キロ)とかが同じとき、

単位変換せずに計算してもよいです。

mは\(10^{-3}\)

kは\(10^3\)です。

というのは、

1ミリボルトというのは、\(V \times 10^{-3} \)

1ミリアンペアというのは、\(A \times 10^{-3} \)ですよね?

この状態でオームの法則の両辺を\(10^{-3} \)で割りますとV、Aともに\(10^{-3} \)が約分されてなくなります。

結局ミリはついていなかったことになるわけです。

逆にいえば、mAとΩで計算すればmVでボルトがでてくるし、

mVとΩで計算すれば、mAで出てくるというわけですね。

オームの法則の実践

左の回路図Aからみましょう。

R1の両端にかかる電圧は?

練習がてらに少しめんどくさいやり方をします。

\(V = R1 \times I\)で求まるはずですが、

あらら、Iの大きさがわかりませぬ。

じゃあ、Iの大きさを求めましょう。

その前に電流について少しおさらい

点a、点b、点cで電流の大きさを計る同じ大きさになります。

電池から電子がでて、電流が流れたことになるという解釈はやめましょう。

本当は電池をつなげることで、

回路中のあらゆるところにいる電子が同じスピードで同じ方向に進みだす、

これが電流が流れるということです。

だから、このような一本道の回路のとき、点、点で電流の大きさが違うなんていうことは、

そもそもありえない。

逆にいうと、こういう回路でどの地点でも同じ電流の大きさになるように、

電流というものを定義しているわけです。

ちなみに電子の流れと電流の流れは逆方向で定義されています。

電圧の強さで電子の流れる速度が変わります。

1秒間に電子が流れれば流れるほど、電流が大きいというような感じです。

少し正確性にかけますが、こんな感じの解釈で大丈夫です。

おさらい終了!

Iの大きさを求めます

R1とR2を合成して一つの抵抗として考えましょう。

直列につながっている時は、そのまま抵抗値を足していいので20k。

今、20kの抵抗が一本つながっていると考えて、

オームの法則

\(V = R \times I\)より

\(9 = 20k \times I\)

\(I = \displaystyle \frac{9}{20k} \)

これでIの大きさがでました。

これを最初の式\(V = R1 \times I\)に代入しましょう

\(V = 10k \times \displaystyle \frac{9}{20k} \)

\(V = 4.5 \)

これで、R1の両端には4.5Vかかっていることがわかりました。

こんな感じでオームの法則は使います。

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そしてR2にかかっている電圧も求まります

電源の電圧は9Vですよね。

\(R2の両端にかかっている電圧 = 9V – R1の両端にかかっている電圧\)

R2の両端にかかっている電圧も4.5Vです。

もしR2の両端の電圧が、7Vとかだとac間に11.5Vかかることになります。

すると電源電圧と矛盾します。

そもそも電源電圧(電池)をつなげたことで初めて、抵抗に電圧がかかるので、

電源電圧以上になることはありえません。

だから上の式が成り立つんです。

バイアスを作る回路

ちなみにこの回路はバイアスを作る回路で非常に重要です。

バイアスについてはここで説明しています。

もっと、一般的な言い方をすると分圧回路といいます。

電源電圧を抵抗を使うことで何Vと何Vというように、分けているからです。

この分圧のために使っている抵抗を分圧抵抗と呼んだりもします。

この分圧回路はインピーダンスの考え方の基本だったりするので、

これはバッチリにしておかないといけません。

こういう分圧回路ですが、

いちいちオームの法則の公式からやるのはめんどくさいので、

分圧回路用のオームの法則の式を変形した公式があります。

こっちを使ったほうが早いです。

というよりこの式はオームの法則の公式から解こうとして途中に出てくる式です。

\(Vbc = \displaystyle \frac{R2}{R1 + R2} \times 電源電圧\)

Vbcのbcはb-c間という意味で使ってます。

これで一瞬です。

右の回路図Bのb-c間の電圧は?

\(Vbc = \displaystyle \frac{10k}{8.2k + 10k} \times 9V\)

よってVbcは約4.95Vです。

実はこの回路は、Timmyというエフェクターのバイアスのところの回路です。

Timmyというのをちょっと説明しますと、

簡単にいえばトレブルとベースがついてバッファを外したLandgraff dodです。

巷では、FenderのBlackface時代の真空管アンプの音がすると言われています。

個人的にはツイードの方が好きですが、このエフェクターはほんまに一台ほしいエフェクターです。

普通バイアス電圧はさっきの回路図Aのように、4.5VなんですがTimmyは4.95Vと若干あげています。

この状態でオペアンプを歪ませると理論上は非対称にひずみます。

クリッピングダイオードが挟まってるのでそこまで顕著に影響はしないと思いますが、

多分ここでなにかしらのテイストを作っているんだと思います。

絶妙に設計されたペダルです。

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なんか知らない間にペダル紹介のコーナーになってしまいましたが、

オームの法則は本当によく使うので、

しっかり他のサイトも使って勉強してください!

説明が下手くそで本当に申し訳ありませんでした。

ではまた。

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