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,電子回路に必要な基礎知識を示しています.知らなかったり忘れている内容がある場合は,電子回路を勉強する前に復習することをおすすめします.


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直流・交流

図 直流・交流

 直流 (DC)は上図のように,電流や電圧が変化しない電流の流れです.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が異なります.

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です.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です.これらは,以下の式の関係があります.

$$電力 P [W]=電圧 E [V] \times 電流 I [A]$$

$$電力量 W [Wh]=電力 P [W] \times 時間 t [h]$$

デシベル

 デシベル [dB]は量を比較するものです.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,全体のゲインをより簡単に導くこともできます.デシベルの計算方法を以下に示します.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 (線形素子)は電圧や周波数に従って,そのまま出力する素子です.抵抗,コンデンサ,コイルが受動素子です.
能動素子 (非線形素子)は信号を制御したり増幅する素子です.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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