2015年04月05日

番外編 -電力

タイマー第8回でトランジスタについて説明を行いました。次はトランジスタを使って7セグメントLEDの回路を改良する予定でしたが、その前に電力について説明します。
なぜ先に電力について説明したかというと、これを考えずに回路を作るとLEDやトランジスタなどの部品を壊す可能性があるからです。

1. 電力とは

電力とは電気エネルギーの大きさです。電力が大きいほどたくさん電気を扱っていることになります。
電力は次の式で求められます。単位は[W](ワット)です。
 電力[W]=電圧[V]×電流[A]

電力は電圧と電流のかけ算です。ですので、電圧が高かったり電流が多かったりすると、電力も増えます。

部品に電気を流すと電力を消費します。部品が消費する電力のことを消費電力といいます。
例えばArduinoの場合は電圧が5[V]、最大電流が500[mA]=0.5[A]なので最大消費電力は2.5[W]です。
 5×0.5=2.5[W]

一番最初に少し説明しましたが部品ごとに最大消費電力の限界が決まっています。回路を設計する際には消費電力が最大消費電力より小さくなるようにしないといけません。
もし、最大消費電力を超えてしまうと部品が動かない、壊れる、燃えるなど悪いことしか起きません。ですので、絶対に消費電力と最大消費電力の確認は必要です。

2. 電力の計算

では、電力の計算をしてみます。
例としする回路は、5.0[V]の電源、順方向電圧が2.0[V]のLED、順方向電流が10[mA]=0.01[A]となる回路です。
05_消費電力_1.jpg

電力を求めるには電圧と電流の2つが分かれば良いです。例ではすでに電流が0.01[A]と分かっているので、電圧を求めます。
LEDにかかる電圧は順方向電圧と同じですので、2.0[V]です。
抵抗にかかる電圧は電源の電圧(5.0[V])からLEDにかかる電圧(2.0[V])を引いた値ですので、3.0[V]です。
05_消費電力_2.jpg

 5.0-2.0=3.0[V]

それぞれの部品の電圧と電流が分かったので、これを掛け合わせるとLEDと抵抗の消費電力が分かります。
05_消費電力_3.jpg

 LED:2.0[V]×0.01[A]=0.02[W]
 抵抗:3.0[V]×0.01[A]=0.03[W]

最後に計算した消費電力が部品の最大消費電力に収まっているかどうかを確認します。
一般的な値ですと、LEDの最大消費電力は0.07[W]程度です。今回の回路は0.02[W]なので問題ありません。
抵抗の一般的な最大消費電力は0.25[W]です。今回の回路は0.03[W]なのでこれも問題ありません。
(今回は電力の計算ということでLEDの消費電力を計算しました。普通は順方向電流がLEDの最大順方向電流に収まっているかを考えて設計します。)

このように、回路を設計する際には部品の消費電力が最大消費電力に収まっているかどうか、確認することが必要です。




posted by ました at 16:04| Comment(0) | TrackBack(0) | 電子工作の知識 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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