よく回路に保護抵抗を入れますが。あれはどういう役割なんでしょうか。
例えば、あるものに電圧をかける時に、それと直列に保護抵抗をいれ
たりしますが、それは目的のものに急に電圧がかかるのを防ぐ為なの
でしょうか?もしそうであれば、急に電圧がかかることによってどのよう
に(物理的な)問題があるのでしょうか。
よろしくお願いします。

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A 回答 (5件)

簡単にですが。


保護抵抗とはその名のとおり部品を保護する目的で回路に付いています。
保護抵抗は低いもので0.1Ω程度、高い物でも10数Ωぐらいです。

回路が動作中には有っても無くても良いほどの小さな抵抗ですが、
電源を入れるスタート時に役目を果たします。

この保護抵抗と直列に接続されている部品を保護します。
例えば、0.47Ωと整流ダイオードの組合せとします。
整流ダイオードは動作電流より許容電流値を導きます。
電源を入れる前の状態は、入力及び負荷側もゼロ電位です。
ここで電流を流すと設計よりも大きな電流が流れます。(インラッシュ)
これを抵抗の電圧降下を利用して(e=ir)、インラッシュを防ぎます。
負荷の電圧が既定値に上がったとき、設計通りの電流が流れます。
もし抵抗をつけなければ、大きな許容の部品が必要となり、
部品面積及びコストがかかります。

ただの電流制限であれば電流ヒューズ又はCPを使います。

CP(カーレントプロテクター)別名、ICリンクと呼ばれている部品が有ります。
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簡単な例として増幅作用があるトランジスターやFET(電界効果型トランジスター)回路があります。

入出力とも同じバイアス電圧なのに出力側にはおおきな温度保証用の抵抗とコンデンサーを出力回路にシリーズに接続します。
これは入力側の小さい交流信号に比べて出力側のそれは大きくなるとトランジスター自体を大きく加熱してしまうのでトランジスターには大きく電流を流さないように抵抗で熱として発散させるために用いる例です。交流信号はコンデンサーを通しコモンアースに落ちます。

直列回路の特徴
小さい抵抗と大きな抵抗を直列につないだ場合、小さい抵抗には小さく、大きな抵抗には大きく電力がかかります。

余談
BIOS PROGRAMの購入は、BIOSCHIP本体を購入するのが本当のやりかたですが、いたずらにBIOS CHIPの中身を調べることをやると補償回路がうまく取れていないのでせっかく購入したばかりのNEW BIOSCHIPを中身を破壊してしまっているのに気がつかないで供給していることがありますのでBIOS MAKERは提供を慎重にしています。
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過電流を防ぐためです。

急に電圧が掛かるのを防ぐ目的では抵抗ではまったく役に立ちません。時間的に遅れを持たせるのであればCRまたはLCによる回路を使用します。
たとえばデジタル回路の入力段では入力回路にZDと抵抗の組み合わせによる入力保護が良く見られますが、ここでZDは入力を受けるICの電源電圧を超えない範囲でスレッシュホールドレベルに十分な余裕を持ったものを選択しますが、この手前に必ず抵抗を入れます。これは、もしツェナー電圧以上の入力があった場合、保護抵抗がないと瞬時にZDが破壊され、それ以降の回路も破壊されてしまいます。このような回路は測定器などでも良く見かけます。同様な理由で入力段の最大定格電圧を超えない範囲で、できるだけ感度を落とさないようにパラメータを設定します。また出力段でも何が接続されるかわからないような場合や出力段を短絡された場合に破壊されない程度の電流に抑えるように保護抵抗を接続します。

負荷が誘導負荷である場合、たとえば非常に大容量のコンデンサーなどを想定すると、直接電圧をかけると瞬間的に非常に大きな電流が流れ、回路を破壊する恐れがあります。また、モーターの駆動回路などにも起動電流による回路への過負荷を避けるために保護抵抗が入ったものが多く見られます。
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正確に言うと、過電流を防止するためのものです。



ご存じのように、電流はオームの法則により「電圧/抵抗」で求められますので、
大きな電圧がかかったときに「抵抗」が小さいと巨大な電流が流れてしまいます。
(元々、素子などの部品には内部抵抗があるので抵抗がゼロということはありません)

そこで直列に抵抗を接続してやることで「抵抗」の部分を大きくしてやり、大きな
電圧がかかっても電流が小さくなるようにしているのです。
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保護抵抗も幾種類かあります。


まず一般的なトランジスタ回路では、PN接合に対して直列に入れます。
これは過電流が流れたときに保護抵抗がないと、全電圧X流れる電流分の電力がその接合部にかかり、その電力は全て熱となり素子を破壊します。
保護抵抗があると、PN接合の順方向電圧は、シリコン素子で約0.7ボルトですから、残りの電圧分を抵抗が吸収してくれるので、素子の発破壊を押さえられます。これは数十~数キロオーム程度の比較的低い抵抗です。

また、MOS型半導体で用いられるのは、ゲート~チャンネル間の絶縁抵抗が非常に高く、そのままでは、入力が開放された時、静電気がたまって破壊してしまうので、それを防ぐために静電気が流れる程度の抵抗をゲート~チャンネル間に並列になるように入れます。普通はゲートと接地側電極であるソースの間に数百Kオーム~数十メガオームの高い抵抗を入れます。

その他には、コンデンサーとコイルが並列につながった回路(共振回路ですね)を構成する場合、Qが高いと、電流が切れたり入ったりする時に非常に高い共振電圧を生じて部品や後につながる回路を破壊することがあるので、この回路と並列に抵抗を入れて、共振電圧を吸収すします。

あるいはコイルに電流が流れ出す時、キレる時にスパイク状に高い電圧が発生する(インダクティブキックといいます)のを吸収するのに使うこともあります。これらの場合は、スナーバーとも言われ、抵抗だけではなくダイオードを一緒に使う事が多いです。モーターやリレーなどでよく見られますね。
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 「V」は角周波数ωに依存しない「実効値」表現、「v(t)」は角周波数ωを含む「瞬時値」表現です。
 この両者の関係は、No.2さんのように「電気工学の約束ごと」と書いてしまうと身も蓋もないので、こんなサイトで一度「納得」しておいてください。
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/b2/64/6433jikkouti.html

 要するに、「瞬時値」表現では、電圧や電流に常に「角周波数ω」が付きまといますので、これを直流のときと同じように「オームの法則:V=I*Z」で表現できるようにしたのが「複素数ベクトル」表現です(Zは、直流の「抵抗」に相当する「インピーダンス」)。「複素数ベクトル」表現では、電圧や電流は角周波数ωに依存しない「実効値」で表わします。

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No.1の補足に書かれた

>ベクトルVが実効値なのはなぜでしょうか。振幅そのままの√2Vではだめなのでしょうか?

 「V」は角周波数ωに依存しない「実効値」表現、「v(t)」は角周波数ωを含む「瞬時値」表現です。
 この両者の関係は、No.2さんのように「電気工学の約束ごと」と書いてしまうと身も蓋もないので、こんなサイトで一度「納得」しておいてください。
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/b2/64/6433jikkouti.html

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http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm002900590.pdf

0.1μFのセラコンは、ほぼ8MHzで共振しています。
つまり8MHzまではキャパシタとしての特性を示しており、これより高い周波数ではインダクタと
なってしまうことがわかります。

0.1μFは単純に計算すると8MHzで0.2Ωのインピーダンスを示し、これは実用上十分低い
インピーダンスと考えられます。
つまり、大ざっぱにいって、10MHzまでは0.1μFのセラコンに守備を任せることができるわけです。
(従って、当然のことですが、10MHz~1GHzを扱うデバイスでは0.1μFでは不十分で、0.01μF~10pFといったキャパシタを並列に入れる必要が出てきます)

では低域の問題はどうでしょうか?
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この辺りからは、電源側に入れた、より大容量のキャパシタが守備を受け持つことになります。
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ここで考えなければならないのが、この大容量キャパシタと0.1μFセラコンとの距離です。
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したがって、(これも大ざっぱな言い方ですが)この1/4λの1/10、すなわち75cmくらいまでは、回路インピーダンスを問題にしなくてよいと考えます。

「1/40」はひとつの目安で、人によって違うと思いますが、経験上、大体これくらいを見ておけば、あまり問題になることはありません。
厳密には、実際に回路を動作させ、て異常が出ればパスコン容量を変えてみる、といった
手法をとります。

上記URLは、横軸目盛りがはっきりしていないので、お詫びにいくつかのパスコンに関するURLを貼っておきます。
ご参考にしてください。
http://www.rohm.co.jp/en/capacitor/what7-j.html
http://www.cqpub.co.jp/toragi/TRBN/contents/2004/tr0409/0409swpw.pdf
http://www.murata.co.jp/articles/ta0463.html

参考URL:http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm002900590.pdf

下記の「図2コンデンサの特性:(b)」を見てください。
http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm002900590.pdf

0.1μFのセラコンは、ほぼ8MHzで共振しています。
つまり8MHzまではキャパシタとしての特性を示しており、これより高い周波数ではインダクタと
なってしまうことがわかります。

0.1μFは単純に計算すると8MHzで0.2Ωのインピーダンスを示し、これは実用上十分低い
インピーダンスと考えられます。
つまり、大ざっぱにいって、10MHzまでは0.1μFのセラコンに守備を任せることができるわけ...続きを読む

Qエミッタ接地増幅回路について教えてください><

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参考URLのトランジスター(エミッタ接地)増幅回路について
Ic-Vce特性と負荷線の図を見てください。
参考URL:
ttp://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

(1)
バイアス電圧を調整して図4の動作点(橙色の点)をVbe特性の中心に設定してやり、その動作点を中心に入力電圧Vbeを変化させてやるとVceとIcが負荷線上で変化して動きます。入力電圧Vbeが増加すると出力電圧Vceが減少し、入力電圧Vbeが減少すると出力電圧Vceが増加します。つまり出力電圧波形の位相は入力電圧の位相が逆になります。つまり、入出力波形の位相が反転することになります。

(2)
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お分かりになりましたでしょうか?

参考URL:http://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

参考URLのトランジスター(エミッタ接地)増幅回路について
Ic-Vce特性と負荷線の図を見てください。
参考URL:
ttp://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

(1)
バイアス電圧を調整して図4の動作点(橙色の点)をVbe特性の中心に設定してやり、その動作点を中心に入力電圧Vbeを変化させてやるとVceとIcが負荷線上で変化して動きます。入力電圧Vbeが増加すると出力電圧Vceが減少し、入力電圧Vbeが減少すると出力電圧Vceが増加します。つまり出力電圧波形の位相は入力電圧の位相が逆になります。つまり、入出力波...続きを読む

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+----+----+
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両端は8Ω 中心と両端は4Ω4Ω

可変抵抗をまわして左にする
++--------+
0Ω 8Ω
両端は8Ω 中心と両端は0Ω8Ω

可変抵抗をまわして右にする
+--------++
8Ω 0Ω
両端は8Ω 中心と両端は8Ω0Ω


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