抵抗はどんなところにつけるの？

質問

甥っ子が「ロボットが作りたい」と言って本を買ってきて、いろいろ試行錯誤しながら作ってます。
ただ、その中で簡単な回路を設計するところがあったのですが(トランジスタを使ったものです)、答えあわせをすると抵抗を繋げる場所が間違っていたそうで、その理由はなんで？と質問されました。
そこで、３つ質問があります。

１．抵抗はどうして必要なのか。
２．抵抗を繋げる場所は決まっているのか。
３．回路を設計する際、抵抗を繋げる場所や数はどうやって決めるのか。(今回の回路では、RLとRBの2つを使っていました。どうして2つ必要なんでしょうか？？)

お手数ですが、これからも作ってみたいと言っていることもあって、考え方なども教えていただけると嬉しいです。
またすみませんが、私が電気とか電子に関しては初心者レベルだということ、それと甥が小３ということもあって、分かりやすく教えていただけるととても助かります。
注文が多くて申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

回答No.6

mazeran · ベストアンサー

電気の流れは、水の流れにたとえることができます。
ただ、電気は導体の中の「自由電子」と言われるものが移動することで電流が発生し、電子の流れとは逆向きが電流の流れる方向と定義されています。
つまり電子はマイナスからプラス方向へ移動しますが、電流はプラスからマイナスへ流れるものとされています。
蛇足ですが、電気は１秒間に地球を７周半、つまり約３０万キロメートル進むとされていますが、実際の「電子」は非常にゆっくり移動しています。ある特殊な装置を使うと、肉眼で見ることさえできます。
ではなぜ１秒間に３０万キロメートルも進むと言われているのかというと、庭に水を撒くホースでたとえることができます。ホースの中に水が入っている場合、蛇口側からチョロッと水を流し込んでやると、チョロッと流し込んだだけホースの先端からチョロッと出てきます。電気の流れもこれと同じなのです。

では本題に。
水で動く（変化や仕事をする）物、例えば「水車」とか「水風船」がそれぞれ水の流れるパイプで、電気の回路のように複雑に繋がっているとします。
で、その水の流れるパイプに水を流します。ポンプを使って流しますので、水を流す「圧力」と「流量」と言うものが決まってきます。
このポンプは、圧力が１０で、流量も１０流すことができるとします。
ところが「水車」は、圧力は１０でも壊れないけど、流量は７以下でなければ壊れてしまうとしましょう。
どうすればいいかと言うと、「水車」の手前に水の流れを抑えるように、少し細くなったパイプにしておけば流れが少なくなって、「水車」は壊れることなく動きます。
「抵抗」はこのような役割を果たしています。

場所や数については、いろいろなタイプの「水車」が付いていて、それぞれ「特性」も異なり、また回路に流れる水も複雑な流れになっているので、いろいろな「理論」や「法則」を使って計算して設定しているのです。
上の例では「水風船」と書いていますが、これは水を溜める能力のあるもので、これが回路に入れば単純には流れを予測できなくなります。
ただ、どんな条件でどれだけ溜めることができて、どんな場合に吐き出す動作をして、その時の圧力と流量はこれだけだと言う法則を見つければ、あとは計算で全体の水の流れがわかります。

簡単に言うと、「抵抗」は「流れを制御する物」であり、数や場所は「回路の理論や法則により導き出される」でいいと思います。

お礼

回答ありがとうございます。

例を挙げていただいたからかものすごくイメージしやすくて、分かりやすかったです。抵抗は回路とか仕組みとかを壊さないようにしてあげるために必要なものなんですね。
数や場所については、皆さんからのアドバイスにもあるように、理論とか他の回路をたくさん見て勉強して図書館で学んでもらうことにします、甥に(笑)
言葉があまり分からなくても分かるように簡単に教えてくださって、ありがとうございました。

回答No.7

noname#74145

ご質問が抽象的なので回答も同じになってしまいますが。

１と２は必要なところに最適な電圧、電流を加えるためです。

３の＞どうして2つ必要なんでしょうか
の部分ですがたとえば一個では希望の電圧、電流が得られない場合、必要な電力が得られない場合、温度に対する特性を補正する場合などがあります。また抵抗としてではなくヒューズの代わりに使う場合も有ります。

それと電流回路に直列に入れる事で電流を電圧に置き換える事も出来ます。いずれにしても必要なところに必要な電流、電圧を加えるため、と言うのが一般的な答えかも知れませんね。

お礼

回答ありがとうございます。

やっぱり回路図は必要なんですね…すみませんでした。
抵抗以外にもヒューズもあるんですか？よく電化製品が壊れた時に「切れた」とか「飛んだ」とかいうものですよね？それも抵抗と同じ機能を持っているんですね、勉強になりました。
ありがとうございました。

回答No.5

himara-hus

＞ただ、その中で簡単な回路を設計するところがあったのですが(トランジスタを使ったものです)、答えあわせをすると抵抗を繋げる場所が間違っていたそうで、その理由はなんで？と質問されました。

　回路設計をしているわけです。
　部品の動作等を理解していないとできません。
　その理由を理解するには、同様に部品の動作等を理解していないとできません。

　とりあえず、質問に分かりやすく答えます。でも理解できるかは？です。

＞１．抵抗はどうして必要なのか。

　抵抗は、電流を制御するために使います。また、電流が変化すると両端間の電圧が変化します。
　I＝Ｖ／Ｒ　という特性を使います。

＞２．抵抗を繋げる場所は決まっているのか。

　回路の目的に従って決まります。
　道を作るのと同じです。つなぎたい場所と場所をつなぎます。

＞３．回路を設計する際、抵抗を繋げる場所や数はどうやって決めるのか。(今回の回路では、RLとRBの2つを使っていました。どうして2つ必要なんでしょうか？？)

　上記理由と同じです。
　今回の回路では、その二つが必要だったのでしょう。
　ＲＢはトランジスタを動作させるため（電流制御する）の抵抗です。　ＲＬは負荷抵抗と言いますが、出力信号を作る（取り出す）ためのものです（トランジスタ電流が変化しておりその電流変化を電圧変化に変えています）。

　トランジスタ回路を設計するためには、トランジスタの動作原理を理解したり、トランジスタの動作を利用した回路例（他の人が設計した例）を勉強する必要があります。

お礼

回答ありがとうございます。

そうですね、自分が使う部品をちゃんと知らないと道具は使いこなせませんよね。考え無しですみません。
抵抗を２つ使うのも、使うのが同じ抵抗でも役割が全く違うんですね。付け焼刃に本を読んでも載ってなくて分からなかったので、助かりました。
これからも作ってみたいと言っていたので、いろんな回路を見て勉強することを薦めることにします。
ありがとうございました。

回答No.4

noname#60032

私、学生まもないので回路を組み立てたりはしますが設計はしていません。参考程度にご覧ください^^;

下の方が言われるように詳しく理解できるほどの回答はここでは無理かと思いますが、おおざっぱに回答させていただきます^^;
抵抗を使った回路は中学生になってから習いますし、仕組みを理解しようと思うと工学関係の高校ないしは専門学校、大学に行ったほうがいいかと。

抵抗は電力を消費します。
なので抵抗はつなぎ方によって電源（今回は電池でしょうか）から生じる電圧や電流の量を制御することができます。ふたつの抵抗を直列につなぐか並列につなぐかによっても回路に与える影響は変わってきます。

電気を川に例えて、水の量が電流の大きさ、川の傾斜が電圧の大きさ、電力は流れる水の持っているエネルギー、と考えればわかりやすいかと思います。水の量が多い方が、また傾斜が急なほうが大きなエネルギーを持ちますね。ちなみに（電力）＝（電流）^2×（抵抗）です。

回路に接続する素子（部品）は抵抗だけではないと思います。コイルやコンデンサやトランジスタやICなどなど・・・。それら素子に与える抵抗の影響は異なってくるので、抵抗の値やつなぎ方を合うように決めます。
ダイオードなら電流の流れる向きを制御したり、トランジスタなら入力電流の大きさによって出力電流の大きさが変化するので、入力電流を調節すると出力電流を制御したりできます。
素子には流してもよい電流の大きさが決まっているので、素子を壊さないように抵抗をつけることもあります。

これ以上書くとわかりにくくなりそうなので簡単にまとめると、
この回路で何がしたいのか、ということから回路に合った性質をもった素子や数が決まります。接続する場所によって影響は変わります。

>どうして2つ必要なんでしょうか？？

抵抗は単に直列に接続すれば全体の抵抗値はその和になりますから、一つにまとめてしまってもいいのですが、ほかの素子の配置や数によって抵抗を接続すべき位置も変わります。それによって回路に与える影響が変わってきます。

お礼

回答してくださってありがとうございます。

電流や電圧は「川の水量」で考えてしまえばいいんですね。で、強すぎると氾濫するから、抵抗は量を調整する役割を持ってるんですね。見せてもらったらいろんな種類の部品があったので、それぞれ使い方とか決まりがあるんですよね、きっと。
すみません、理科が苦手なので理解が遅くて…orz
ありがとうございました＾＾

回答No.3

sittaka-kun

続けての書き込みで、しかもご質問の回答ではないので申し訳ないのですが、私の経験を付け加えさせてください。
私が初めて電子回路を組み立てたのは小学校4年生の時です。本を見ながらラジオの部品を買いにいき、主に電子部品屋の店員さんのご親切と、それから多大なる「運」の助けによってスピーカーからアナウンサーの声が流れ出すのを聞くことができました。
嫁さんには申し訳ないのですが、あの時と同じトキメキはこれまでの人生で一度たりとも経験したことがありません。今日の私はあのラジオから流れ出した声が作り上げたといっても過言ではありません。
小３で「ロボットが作りたい」と言い、本を読み、試行錯誤して実践し、そして何よりもすばらしいことに、「なんで？」と疑問を感じる。甥御さんは、どんな道を進まれるにしても、常に「なんで？」という疑問を胸に、他人の後ろではなく新しい道を開拓していく人間になると確信します。いばらの道ではありますが、あちこちにトキメキが隠れている道でもあります。
おそらく、このご質問には満足のいける回答は得られないと思いますが、甥御さんには、「おばさんにはわからないけど、たくさん本を読んで、わかったら教えてね」と言ってあげてください。
私自身、子供のころには、今から考えれば噴飯ものの珍奇な理解によってラジオの動作を理解していましたが、自分の納得がいくまで調べて、筋道立てて考えて、常に「なんで？」と自問自答しながら、幾度も間違った結論にたどり着いてはそれを振り捨て、道半ばとはいえ、ようやく思うような回路が組めるようになりました。どうぞ、甥御さんの「考える楽しみ」を暖かく見守ってください。
この書き込みが削除される前に質問者さんのお目に止まることを願います。

お礼

すみません、こちらでまとめさせていただきます。

返答ありがとうございます。
前々から作ることが好きだったのですが、最近はただ組み立てるだけのものでは物足りなくなってきたみたいで、私より４つ下なのにスゴいなぁって、なんだか悔しいような嬉しいような複雑です（＾＾；これがうまくできたら次はソフトを作る気みたいです。プログラムなら私も教えられるので、ちょっとほっとしちゃいました(笑)
危ないトコだけ気をつけて、できるだけ口を出さずに見守ることにします。本をいっぱい読んでもらって教えてもらうことにします。
ありがとうございました。

回答No.2

sittaka-kun

いくらなんでも回路図なしで回路の質問は無茶ってもんですよ。

でも、トランジスタに接続されるRLとRBということなので、勘で答えてみましょう。
RLはresistor-loadで、エミッタ接地増幅回路ではコレクタに接続され、コレクタ電流による電圧降下によって電流－電圧変換を行うことにより、電圧増幅動作を行うための抵抗...のような気がします。
RBはresistor-baseで、その名の通りベース端子に接続され、コントロール電圧がVBE(シリコントランジスタの場合約0.7V)に対して高すぎる場合に、ベース電流を制限する役割を...しているかもしれません。また、使用しているトランジスタに固有のIB-VCE特性および電流増幅率βから、所要の増幅度またはコレクタ電流を得るために特定の計算式によって求められた抵抗値を与えて...いることもあるかも。

回答ですが、
1.設計の結果、電気抵抗が必要だからです。
2.決まっているのではなく、設計によって決めるのです。
3.わたしは抵抗をつなげる場所や数を決めるために大学で6年間勉強しました。すみませんが、こんな小さなスペースではそのカケラも伝えられそうにありません。もっと頭の良い方の回答をお待ちください。

回答No.1

rabbit_cat

あまりに漠然としすぎていて、答えようがありません。
「数学で足し算を使うのはどういうときですか？」ていう感じの質問といえばいいか。

少なくとも、その回路図を見せてくれないと何も言えません。
トランジスタを使う回路でRLとRBですか。ロード、バイアスでしょうか。。

お礼

そうですね、すみませんでした。
回路図は甥が持っていて手元に無かったので、大雑把な部分しか思い出せず省略してしまいました。
今度からはしっかり覚えてきますね。
ありがとうございました。