負荷抵抗の必要性が解りません

質問

○下記のようにSW_AまたはSW_BがHの場合、LEDが発光するOR回路があります
お願い：ブラウザで見ると図が崩れるので下記の図はテキストエディタに張付けて見てください。

　　→　　　　H
┌─────┬─　　　　　→
│　　　　　│　SW_A───D1───┐　　　　→
│　　　┌─┼─　　　　　　　　　├─R0.─LED─┐
│＋　　│　│L.　　　　　　　　　│　　　　　　│
BAT.　　│　│　　　　　　　　　　│　　　　　　│
│－　　│　│H.　　　　　　　　　│　　　　　　│
│　　　│　└─　　　　　→　　　│　　　　　　│↓
│　　　│　　　SW_B───D2───┤　　　　　　│
│　　　├───　　　　　　　　　R1↓　　　　　│
│　　　│　　L.　　　　　　　　　│　　　　　　│
├───┴────────────┴──────┘
│　←　　　　　←　　　　　　　　　　　　←
GND

BAT：電池
SW_A、SW_B：HまたはLを切り替えるSW
D1、D2：ダイオード。左から右へ順方向
R0：LED保護抵抗
R1：負荷抵抗
LED：この回路の出力。SW_AまたはSW_BがHの場合発光する
GND：グランド
注：「.」は図が崩れないための微調整文字です。質問とは関係ありません。

○上記の回路図で下記の部分が解りません、教えてください。
１．R1の必要性がわかりません。
２．本の解説を見るとR1はD1,D2からの電流出力を電圧出力に
　　変換するためとありますが、電圧出力にする理由が解りません。
３．電圧出力はどこで必要とされているのでしょうか？
４．R1の部分を削除して配線そのものを無くしても問題ないような気がするのですが、
　　必要なのでしょうか？

回答No.7

chiezo2005 · ベストアンサー

#2です。

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＞明確にR1を入れておかないと，R0の左側の部分の電位がはっきりしないためです。
電位とは電圧のことでしょうか？
ここでは電位がはっきりしないとありますが、
仮にBATが５Vであった場合、R0の左側は５V（OR回路が真の時）か０V（OR回路が偽の時）に決定するものではないのでしょうか？
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電位とは電圧と読み替えていただいてOKです。

LEDの回路があれば，問題なくそのようになりますが，

LEDの回路が無い場合にはダイオードを間に入れて５Vの電源をショートしたような回路になるので，途中の電圧は不定になってしまいます。
（ダイオードも壊れますが・・・）

回路はブロックごとに正しく動作するものの組み合わせで考えたほうが応用範囲が広がります。
そういう意味でダイオードは電流をオン・オフしているだけで，R1がないとダイオードの右側の電圧は決まりません。
電流出力を電圧に変化しているというのはそのような意味ですね。

したがって，最初にお答えしたように，
「OR回路」として取り出しても正常に動作するためにはR1は必要ですので，このような書き方をしていると考えたほうが良いですね。

お礼

＞「OR回路」として取り出しても正常に動作するためにはR1は必要ですので
なるほど、この回路では必ずしも必要ではないが、
機能を分解した際に意味が出てくるのですね。
よくわかりました、ありがとうございました。

回答No.6

candle2007

>たしかに、LEDが燃えないようR0の値を決めているはずですよね。

その通りです。
SW_Aを単独で入れようが、SW_Bと同時に入れようが、そんなことでLEDが燃え上がることはないように、R0を選定しているはずです。
（実際に両方のスイッチが入っても、LEDに流れる電流はほとんど変わりません）

>あと、この例題には関係ないのかもしれませんが、「電流出力」を「電圧出力」に変換するとはどういうことなのでしょうか？

ご提示の回路図が正しい、とする限り、そのような解釈は絶対にあり得ません。
ただ、本当に書籍に「R1は電流出力を電圧出力に変換するためのもの」
という記述があるという前提で、（これを成立させるために強引に）全体を見直してみます。

電源は一般に「（定）電圧源」とするのが多いですが、時に「（定）電流源」を使用する場合があります。
（定抵抗源というのもあります）
電池や家庭に来ている100VACは電圧源です。
電圧源は「負荷がどう変わろうと”電圧は変わらない”」という特性を持っています。
実際には電池などは、負荷が重くなる（電流が増える）と電圧が下がりますが、こういう状況は「安定性が悪い」といいます。

電流源というのは、電圧源とは逆に「負荷がどう変わろうと”電流は変わらない”」という特性を持っています。
（これを達成するための仕掛けは、高電圧源を持つことなのですが、長くなるので詳細省略します）

ご提示の図では「BAT」と書いてありますが、ここに仮に10Aの「電流源」があると仮定しましょう。
そうするとこの回路には、”何が何でも10A流そう”とする力が働きます。
こんな電流を流されたら、LEDはひとたまりもありません。
そこでR1（例えば0.5Ω）を入れると、ここに10A流れて5Vの電圧が発生します。

これが「電流→電圧変換」です。
あとは、ここで発生した5Vを利用して、必要なだけの電流をLEDに流せばよいというわけです。

・・・ということで、R1を電圧コンバータとするためには、電源は「定電流源でなければならない」と思うのですが如何ですか？

お礼

丁寧な説明ありがとうございました。
「電流出力」を「電圧出力」の件ですが、
本に載っている回路図通り書きましたが、本を読み進めていくとこの回路図は、ゲートICのOR回路に変化していくので、R1はプルダウン抵抗の布石なのかなと思っています。
BATはVと書いてあるので直流の電圧源だと思います。
入門書の第2章で出てくる回路図ですので電流源とは考えにくいですし。
あと、1点だけ本からの転記ミスがありました。
「電圧出力」ではなく「電圧信号」と記述されていました。
同じことだと思いますが。

回答No.5

noname#84741

ANo.3のAriaOpenです。
補足の二番目の件ですが、確かに電流がD1,D2を通過後、合流してLEDは正常に点灯します。その場合R1がR0より十分大きい場合です。R1とR0が等しい場合はR1が接地させているので、R0+LEDの内部抵抗＞R1となり、多分見た目には判らないかもしれませんが、ほんの少し若干ですが暗く見えるかもしれません。デジタルテスタで電流値を測定してみると判ります。

お礼

早速の返答ありがとうございます。
R0とR1の抵抗値のバランスによっては起こりえるということですね。
なるほどです。

各部品の値（抵抗値等）のパターンをイメージしながら回路図を読めるほど、私の知識がともなっていない為、些細なことで躓いてしまいますね。
お恥ずかしい限りです。

回答No.4

candle2007

おっしゃるとおり、R1は全く不要の物です。

通常LEDには数mA～数十mA流すようにR0を選ぶでしょうし、この程度流せば、通常のダイオードは完全に導通します。
この回路を見る限り、電流出力/電圧出力など、全く意味のない言葉です。

補足

ご回答ありがとうございます。

入門書を読んでいるので、部品の細かい仕様までは載っていませんでした。
たしかに、LEDが燃えないようR0の値を決めているはずですよね。

あと、この例題には関係ないのかもしれませんが、「電流出力」を「電圧出力」に変換するとはどういうことなのでしょうか？
ご存知でしたらご教授お願いします。

回答No.3

noname#84741

はじめまして
確かに一見したところR1はいらない感じですね。ということで、R1を無くして配線もしないとしましょう。となるとSW_Bの意味もなくなります。
バッテリー電圧にもよりますが、SW_AをHighにした瞬間、R0とLEDに過電流が流れて、R0は火傷するくらいに熱くなり、LEDは場合によって破裂します。
で、marimari01さんが示された回路の場合、普通R1≧R0と設計します。ご質問のR1の意味ですが…

●SW_AがHigh　SW_BがLowの場合、R0とR1にほぼ等しく二分割された電流が流れ、LEDは正常に点灯します。つまり、R1は負荷抵抗R0に適正な電流を流すための負荷抵抗R1となります。

●逆にSW_AがLow　SW_BがHighだった場合も同様です。

●今度はSW_A　SW_Bが共にHighだった場合はどうでしょか。D1,D2によってバッテリーからの電流が分流されるためLEDは若干暗く点灯します。この場合もR1は負荷抵抗R0に適正な電流を流すための負荷抵抗R1となります。

最後にご質問の本の解説ですが、D1,D2から出力された電流をR0とLEDに正常な電流を流すための「いけにえ抵抗」ということになります。本には「いけにえ抵抗」なんて書いてないでしょうから、R1の電圧降下分を利用してR0とLEDに適正な電流を流すための負荷抵抗ということになります。

説明に自信はありませんが、ご参考になれば幸いです。

補足

＞バッテリー電圧にもよりますが、SW_AをHighにした瞬間、R0とLEDに過電流が流れて
ということは、電源電圧に対して十分に大きな抵抗をR0に使用していればR1は不必要ということですね。

＞今度はSW_A　SW_Bが共にHighだった場合～電流が分流されるためLEDは若干暗く
分流後、再度合流してR0およびLEDに電流が流れると思うのですが、
それでもLEDは暗くなる可能性があるのでしょうか？

回答No.2

chiezo2005

明確にR1を入れておかないと，R0の左側の部分の電位がはっきりしないためです。

これはOR回路のお手本回路に結果を見るためのLED回路をつけたと考えるべきですね。

一般的なOR回路としては，R1がないと出力側の電圧が不定になってしまいます。

もちろんこの回路の場合にはR1は無くてもR0が常識的な範囲なら動作しますね。

補足

＞明確にR1を入れておかないと，R0の左側の部分の電位がはっきりしないためです。
電位とは電圧のことでしょうか？
ここでは電位がはっきりしないとありますが、
仮にBATが５Vであった場合、R0の左側は５V（OR回路が真の時）か０V（OR回路が偽の時）に決定するものではないのでしょうか？

回答No.1

noname#59315

R0+LEDが高抵抗である場合に、ダイオードD1が導通状態になりにくいのでしょう。R1があればここをダイオードD1を通じて電流が流れますから、この端子電圧がR0+LEDに印加されると考えればいいと思います。

お礼

ご回答ありがとうございました。
この回路図は単純であるため、R0が高抵抗であった場合単純に抵抗値の低い抵抗に変更すればいいと思いますが、
ほかの回路と複雑に絡み合っているような場合などで、R0の抵抗が容易に変更できない場合、
R1の配線を追加して電流を分流することでLEDに流れる電流を制限するといった使い方になるのですね。