電子回路のための基礎知識①【電力,有効数字,単位など】

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工学

電子回路のための基礎知識①です.復習として電子回路に必要な電気回路などの知識を簡単に紹介しています.


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直流・交流

図 直流・交流

直流 (DC)は図のように電流や電圧が変化しない電流の流れで,交流 (AC)は反対に電流や電圧が変化する電流の流れです.直列と交流では回路の解法なども変わってきます.

電圧・電流・電力・電力量

電圧は電気を押し出す力,電流は流れる電気の量,電力は単位時間あたりの仕事,電力量は消費したエネルギーを示し,以下の式のような関係があります.

\(電力P [W]=電圧E [V] \times 電流I [A]\)

\(電力量W [Wh]=電力P [W] \times 時間t [h]\)

デシベル

デシベル [dB]はある量を比較するもので,電子回路ではゲイン (増幅度)の単位として使われます.通常の表現のゲインでは数字が小さすぎたり大きすぎたりしますが,デシベルだと値が小さくなって比較がしやすくなります.また増幅器を直列につないだ際にも全体のゲインは足し算で導くこともできます.デシベルの計算は以下のように入出力比の常用対数に電力は10倍,電圧と電流は20倍した値になります.

電力:\(Gp [dB] = 10\log_{10}\frac{P_{OUT}}{P_{IN}}\)

電圧:\(Gv [dB] = 20\log_{10}\frac{V_{OUT}}{V_{IN}}\)

電流:\(Gi [dB] = 20\log_{10}\frac{I_{OUT}}{I_{IN}}\)

有効数字

有効数字はある実験値や計算値で意味のある範囲までの数字のことです.どの桁までか有効な数字かを表現する際に有効数字何桁といった表現をします.例ですが以下の数字はすべて有効数字3桁です.
  ①356
  ②35.6
  ③3.56
  ④0.356
  ⑤0.0356

単位一覧

電子回路で良く使われる単位を以下に示します.

名称単位
電力 P[W (ワット)]
電力量 W[W・s],[Wh]
電圧 V[V (ボルト)]
電流 I[A (アンペア)]
電荷 Q[C (クーロン)]
抵抗 R[Ω (オーム)]
抵抗率 ρ[Ω・m]
コンダクタンス G[S (ジーメンス)]
導電率 σ[S/m]
静電容量 C[F (ファラド)]
インダクタンス L[H (ヘンリー)]
インピーダンス Z[Ω]
アドミタンス Y[S]
リアクタンス X[Ω]
サセプタンス B[S]
周期 T[s (秒)]
周波数 f[Hz (ヘルツ)]

受動素子・能動素子

受動素子は電圧や周波数に従ってそのまま出力する素子で抵抗,コンデンサ,コイルが受動素子です.
能動素子は信号を制御したり増幅する素子でダイオード,トランジスタ,サイリスタが能動素子です.

まとめ

  • デシベル:ある量を比較するもので,電子回路ではゲイン (増幅度)の単位
  • 有効数字:意味のある範囲までの数字
  • 受動素子:電圧や周波数に従ってそのまま出力する素子
  • 能動素子:信号を制御したり増幅する素子

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