電子工作の知恵袋

 
 

 

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 電子部品の基本 その4

コイルとコンデンサ

 

基本素子の中でも分かりにくい部品の一つがコイルとコンデンサではないでしょうか。
この2つの素子は、定常的な抵抗器とは異なり、時間的性質がその本質となります。
つまり時間が経つと変化するということですね。
これは抵抗器にはない特性で、この時間的性質がこれらの素子を理解しにくくしている反面、いろいろな応用回路を生み出す元になります。

 

 

1)コイルに流れる電流


コイルの特性としては、コイルに直流電圧を加えると、加えた瞬間の電流はゼロですが、時間とともに電流が増加して行きます。





上図はコイルに電源EとスイッチSWを取り付けた場合の回路です。
この回路のスイッチをオンオフしてみましょう。
SWオン直後はコイルに流れる電流 i は、ゼロですが時間とともに電流が増加して最終的には電流はE/R になります。
また、コイルの両端電圧Eoは、SWオン直後は印加電圧と同じEですが、時間とともに電圧が下がって最終的にはゼロになります。
この時間的変化はコイルのインダクタンスと呼ばれる性質に由来するもので、コイルは電流の変化を抑えるように電流を抑制する性質があります。
尚、実際のコイルには巻き線抵抗と呼ばれる抵抗がコイルの中に存在し、上図のRに相当します。
もし、Rが小さいと大きな電流が流れることになりますが、そのまま放置しておくと大きな電流が流れ続け、電源Eやコイルを焼損してしまう恐れがありますのでコイルを直流で使用する場合には注意が必要です。

 

2)コイルの誘導作用


コイルはコイル内の磁界の急激な変化を阻止する性質があります。

外部から磁石を近づけてコイル内の磁界を変化させると、磁界の変化を妨げる電流を流そうとしてコイルの両端に電圧が発生します。
この外からの磁界の変化によって発生する現象を「電磁誘導」作用と言い、発電機などに応用されています。





また、コイルに電流を流すとコイル内に磁界が発生します。
コイルの電流を変化させると、コイル内の磁界を変化させることになり、電磁誘導と同様にコイルの両端に電圧が発生します。
このコイル自身が発生させる磁界変化による現象は「自己誘導」作用と言います。
もし、コイルに流れている電流を遮断すると、コイルの両端に高い電圧が発生して、半導体スイッチなど耐圧の低い素子を破壊させてしまいますので十分な注意と対策が必要です。

定数の単位は、抵抗はΩ、インダクタンスはH(ヘンリー)です。



3)コンデンサに流れる電流


コンデンサの場合はコイルの場合とは逆で、直流電圧を加えた瞬間は大きな電流が流れ、時間とともに減少していきます。
そのまま放置しておくと電流は流れなくなります。
大容量コンデンサの場合は、コイルとは逆に直流電圧を加えた瞬間の大電流に注意が必要です。






コンデンサに流れる電流iは、SWオン直後はE/R の電流が流れ、時間とともに電流が減少して最終的には電流はゼロになります。
コンデンサの両端電圧Eoは、SWオン直後はゼロですが、時間とともに電圧が上昇して最終的には印加電圧Eになります。
実際のコンデンサにはRと呼ばれる直列抵抗が存在し、さらにはCと並列に存在する漏れ電流抵抗というものも存在します。

定数の単位は、抵抗はΩ、コンデンサはF(ファラッド)です。






さて、いかがでしょう。
電子部品に時間的性質があるとは不思議ですね。
電圧・電流・抵抗ときてオームの法則までは何とか理解できても、ここでお手上げになる初心者の方も多いようです。
今まで使ったこともない方には、説明も呪文を唱えられているように思うかもしれません。
しかし、コイルとコンデンサは電子工作のアナログ回路には煩雑に出てくる部品です。
この部品が出てきたら、時間的要素のある回路なんだなと思いましょう。


 

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