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番外編の今回は、「LED（半導体）オープン回路で電圧降下はおきるのか？」について検証していきたいと思う。 これもまた、いたかめさんの記事がきっかけなのだが、通常の業務では電圧降下についてこんなに深く考える機会がないので、勉強のつもりで行なってみた。 ここで最初に申し添えておきたいのだが、私は電気回路や半導体について素人同然なので、記事中に間違えがあったら遠慮せずに指摘していただきたい。 それではLED（半導体）オープン回路の電圧降下の検証に入っていく前に、まずは普通のランプ回路で電圧降下について少し考えてもらいたい。 画像はごく普通のスモール球12V5Wの電球を12V電源につないでランプを点灯させ、その時の電流値を測定してみた結果である。※電源電圧12.23Ｖ・電流値0.41A そして以下が上記画像を分り易く等価回路に示したものである。 �‖�定した電源電圧と電流値をもとにランプ抵抗値を割り出してみた。 ��電圧値とランプの電力より抵抗値を求めることも可能である。 ※訂正します。�△錬隠押�2／５Ｗ＝２８.８Ω≒２９Ωとなりますm(__)m ※加筆します。非点灯時のランプ抵抗は実際には数Ωぐらいしかありません。このランプは電流が流れていない時の抵抗値は2.7Ωでした。ブレーキ球などについては１Ω以下だったりもします。ランプは熱による抵抗値の影響を受けやすく不安定ですので、テスターでは正確な抵抗値を測定することができません。よって、ランプの抵抗値を求めるには、�△慮�式により電流が定格で流れている時の抵抗値を計算によって求めます。 なぜ、ランプの抵抗値を割り出したのかと言うと、それはランプ回路での電圧降下が「ほぼゼロに等しい」ことをまずは計算により理論的に証明する必要があるからだ。 その前に、「電圧降下とはなんぞや？」という事になるが、これは簡単に説明すると、閉回路上にある負荷（ランプ等）の上流側（電流通過前）の電圧と下流側（電流通過後）の電位差のことである。 この負荷前と負荷後の電圧差を私たちは「電圧降下」と呼んでいるのだ。 例えば直列回路の場合、１つの負荷であれば、電源を12Vとしたとき、5Ωでも100Ωでも端子間の電位差（電圧降下）は12Vである。今度は負荷が2つでそれぞれが5Ωだった場合、1つ負荷の両端に掛かる電圧は各々6Vとなる。そして今度は、5Ωと10Ωの負荷だった場合は・・・、※頭の体操代わりにご自分で計算されてください(#^.^#) つまり直列回路では、電源電圧を回路上にある各々の負荷の抵抗値の割合で分け合う。 それゆえに直列回路を「分圧回路」とも言う。 そしてこのランプ回路を途中で切断し、そこに電圧計を接続してマイナスプローブを電源側のアースに当てて電圧を測るとその時の電圧値はどうなるか？この時の電流の流れはどうなっているのか？そして、実はテスターにも内部抵抗があり、その入力抵抗は一般的なデジタルテスターで10MΩ前後である。この抵抗が電気回路に及ぼす影響は・・・・？ つまり何が言いたいのかというと、オープン回路にテスターを接続して電圧を測定することにより、電気回路にテスターという大きな負荷が接続され、オープンがクローズド、すなわち閉回路となるということを伝えたかったのだ。 それでは、そのことを踏まえた上でさっそく考えていくことにしよう。 ランプ自体の抵抗値が約30Ω、デジタルテスターの内部抵抗を10MΩと仮定して、公式にあてはめて計算すると・・・、 ※加筆します。オープン回路でのランプ抵抗なので実際は点灯はしておらず、厳密には非点灯時の抵抗値2.7Ωが正しいのですが、計算上と実測での数値を合わせる為に、ここではランプを30Ωの固定抵抗と考えてください。 １２．２３Ｖ×（３０Ω/３０Ω＋１０MΩ）＝１２．２３×（３０/１０００００３０） ＝１２．２３×０．０００００２９９９９・・・＝０．００００３６６８９８７・・・ ≒０．００００３７Ｖ（３７μＶ） となり、ランプ部分での電圧降下分は電源電圧全体の約37μVにしか過ぎず、残りの電圧はテスター部分に分圧され、理論的にランプ部分での電圧降下は「ほぼゼロに等しい」ということになる。 その結果、「表示電圧は電源電圧から変化しないはず」である。 以下が検証結果である。 ご覧の通り、オープン回路でのテスター表示部の電圧表示は電源電圧のままである。 そして、そのときの回路に流れる電流値は1.2μA（0.0000012A）であり、「ほぼゼロに等しい」電流である。※電流計の内部抵抗で電圧表示値が若干低くなった。 ※訂正します。 電流計の内部抵抗は0.5kΩ程しかなく、電圧降下にはほとんど関係しない数値だと思われます。 プローブや各端子の接続状態が原因だと考えられます。 これを基にオームの法則Ｅ（電圧）＝Ｉ（電流）×Ｒ（抵抗）によりランプ部分に掛かる電圧を導き出すと、 ０． ０００００１２Ａ×３０Ω＝０．００００３６Ｖ（３６μＶ） となり、ほぼ上記の計算で算出した理論値に近い結果となる。 そして念のため、上記公式によりテスター部分に掛かる電圧値を計算すると、 ０． ０００００１２Ａ×１０ＭΩ（１０００００００Ω）＝１２Ｖ となり、ほぼテスター表示値通りの電圧値が導き出される。 ※この検証計算で私の￥1480の安物テスターでも、10MΩ前後の入力抵抗があることが実証できたのが少し嬉しい(^^) つまり、「ほぼゼロに等しい」この電流値は、テスターを接続する事によって開回路が閉回路となった証なのである。 つづく・・・・
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2009年05月11日
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コメント（9）
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みなさん、ご心配お掛けしました。 本日、病院で再度診察してもらった結果、視力・眼球共に異常はなく眼球のキズの経過も良好とのことでした。 少し、顔の周りに出来たアザが痛いですけど、あと数日で痛みもなくなると思います。 コメント頂いたみなさん本当にありがとうございした。 そしてコメントのみならず、お電話頂いた方々ありがとうございました。 この場をお借りいたしまして、心よりお礼申し上げます。 そもそもタイヤバーストの原因は、車検でお預りしていた車両のエアバルブが劣化していたので、 タイヤ屋さんにバルブ交換を外注したのですが、サイドウォール内部ワイヤの損傷でビード部分が しっかりとホイールに勘合していなかったため、その部分からエア漏れを起こしていました。 そして私はエアを補充するべく作業を開始し、ゲージで規定圧になったことを確認した瞬間に・・・ ヒュバァ〜〜〜〜ン！！！ メガネは割れて数メートル先まで飛んでいく、顔面はジンジン、目の中はゴムクズだらけ。 眼科で精密検査と眼内洗浄を行ないました。かなり痛かった・・・。 しかし、エア充填中のバーストは怖いですね。 びっくりしました。 エア充填中の事故での死亡事例は年間数件起こっているそうです。 このタイヤはエクストラロード規格といって、通常のタイヤより１００ｋｐａほど多めに充填しなければ なりません。タイヤが劣化しその圧力絶えられなかったのでしょう。 乗用車でこれですから、エア圧の高い大型などでは死人が出るのも肯けます。 みなさんも、劣化したタイヤには十分お気を付けください。
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