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回路の基礎知識を徹底解説!電気回路や電子回路などの種類をわかりやすくご紹介!

2021.10.19更新

回路は素子を導線でつないでできるパーツですが、実はさまざまな種類があります。役割や構成要素が異なるので、回路について理解を深めるために違いを知っておく必要があります。今回は、電気回路や電子回路など、回路の種類について解説していきます。

回路の種類に関する基礎知識

回路は私たちの暮らしには欠かせない存在ですが、直接見る機会が少ないため、特徴がよくわからない方もいらっしゃいます。回路の種類の全体像をつかむためには回路に関連する用語の違いを理解する必要があるので、早速、回路の意味をおさらいしつつ、関連する基礎知識を3つ解説していきます。

そもそも回路とは?

回路とは電流の通路を示す言葉です。途中で途切れてしまうと電流は流れません。私たちの暮らしではあまり回路を直接目にする機会はほとんどありません。しかし、照明やエアコン、冷蔵庫などが利用できるのは、すべて回路があるおかげです。

では、どこに回路があるのでしょうか? 壁に設置されているコンセントがよい例でしょう。家電製品のケーブルプラグを差し込むことで、途切れていた回路が一つにつながり、電流が流れるようになります。ちなみに電気の世界では、家電製品のように回路につながれて、特定の機能を果たす存在は負荷と呼ばれています。

基礎知識1.アナログとデジタルの違い

アナログとは、数値を連続的に変化する物理量で表す考え方です。たとえば、アナログ時計がよい例でしょう。針の動きは連続的に進んでいきます。そのほか液体温度計もアナログです。液体が増える様子は連続的であり、途中で途切れていたら不良品だと疑ってしまいます。

その一方でデジタルとは、連続している量を段階的に区切って数値化することです。語源はラテン語で指をあらわすdigitusだといわれており、指で数えることが関係しています。デジタル時計で考えてみます。5時10分、5時11分、5時12分というように、段階的に数値が変化しています。以上の点から、アナログとデジタルという種類の違いは切れ目の有無です。

基本知識2.電流と信号の違い

信号とは、離れた地点間で意思を伝達するためのサインを意味します。たとえば、車の運転でも離れた地点にある信号機の色を見て、アクセルを踏んだりブレーキを踏んだりします。電流は、壁にあるスイッチを押すと遠くに離れた照明が点灯しますが、回路がなければ点灯しません。

その点、信号は間にケーブルがなくても、視覚的に情報を伝達できます。したがって、電流と信号の違いは回路の有無だと考えられます。ただ、電流も離れたところに瞬時に伝わることから、電気信号と呼ばれることもあります。したがって、電流も信号の種類に含まれるといってよいでしょう。

基本知識3.受動素子と能動素子の違い

受動素子とは、電気信号の供給源を含まない素子です。電気エネルギーを消費したり蓄積したりできる一方で、電気エネルギーを増幅したり整流したりしません。具体的な素子の種類として抵抗器やコンデンサー、コイルなどが挙げられます。

能動素子とは、電気信号の供給源として働く素子です。供給された電力をベースに、電気信号を増幅したり制御したりできます。増幅や制御という言葉は能動的な印象なので、受動素子とも種類を区別しやすいでしょう。具体的な素子の種類としてトランジスタやダイオードなどが挙げられます。

回路の種類

回路にはさまざまな種類があります。名前が似ている回路でも、実は利用されている部品が異なるなど、種類によって大きな違いがあります。ここからは、電気回路や電子回路、アナログ回路、デジタル回路などの種類について解説していきます。

種類1.電気回路

電気回路は、抵抗器やコンデンサー、コイルなどの受動素子で構成される回路です。電気回路は構成される素子によって区別されます。たとえば、抵抗とコンデンサを用いた回路をRC回路、コイルとコンデンサを用いた回路をLC回路、抵抗とコンデンサ、コイルのすべてを用いた回路をRLC回路と呼びます。電気回路は電気をエネルギーとしてやり取りする回路だと認識しておくとよいでしょう。

種類2.電子回路

電子回路とは、受動素子と能動素子で構成される回路です。電気回路と違って能動素子まで含まれています。一般的に基盤と呼ばれる絶縁プレートの上に電子部品を組み込んで作ります。プレートには穴が開いており、部品の金属部分をはんだ付けによって固定して接着します。

複雑な機能を持つ一つのかたまりを小さなパッケージとしてまとめた電子回路は、特に集積回路と呼ばれています。現在は電気回路だけで構成される製品が減少していることから、電気回路と電子回路の境界がほとんどなくなってきているのが実情です。

種類3.アナログ回路

アナログ回路とは、連続的に変化する電気信号をやり取りする回路です。電圧の波形に情報を持たせて、ありのままに処理できるのが特徴です。波形が異なると情報も異なります。たとえばマイクで拾った信号の波形が異なると、音が違うことがわかります。

アナログ回路において、連続した波形は無限のパターンがあるので、より多くの情報を波形によって瞬時に伝えられます。ただし、アナログ回路はノイズに弱い点がデメリットです。送信信号が伝わる過程でノイズが入ってしまうと、受信信号の波形が変化してしまいます。その場合、受信信号から元の信号を区別できません。

種類4.デジタル回路

デジタル回路は、離散的な情報であるデジタル信号をやり取りする回路です。論理回路といわれることもあります。AND回路、OR回路、NOT回路が構成要素です。AND回路は、2つの入力がいずれも1のときに、出力が1になります。

OR回路は、2つの入力のいずれかが1である、あるいは、いずれも1であるときに出力が1になる回路です。NOT回路は、入力と出力を反転させる機能を備えています。たとえば、入力が1であれば、出力は1であり、入力が0であれば出力は0です。

回路記号の種類

住宅を設計するときに設計図が必要なように、回路を作成するときにも設計図が必要です。回路の設計図にはさまざまな記号が用いられます。たとえば、中学校の理科で電流や電圧の大きさを測るために、電流計や電圧計を用いた記憶はないでしょうか。

電流計と電圧計の記号はとてもシンプルです。電流計の記号は円の中にAの文字が含まれ、電圧計は円中にVの文字が含まれます。そのほかにもさまざまな記号があります。電球の記号は円の中にバツ印があり、電池の記号は短い線と長い線が向きあう形で構成されています。記号の種類を覚えておくことで、回路の全体像がわかってくるので、回路について学ぶのであれば、一つでも多く覚えておくようにしましょう。

回路素子の種類

回路を構成する部品を素子と呼びます。素子は回路の中で重要な機能を果たす部品です。代表的な素子の種類を知っておくだけでも回路の理解度が高まります。抵抗、コンデンサー、コイル、ダイオード、トランジスタなどの種類について解説していきます。

回路素子の種類1.抵抗

抵抗とは、回路内で電気抵抗値を得るために用いられる回路素子です。種類は受動素子に区分されています。電流を制限したり電圧を分圧したりする役目を果たします。電流が流れると、熱エネルギーを発生させるのも特徴です。抵抗値が高いほど電流が流れにくくなる特徴があります。また、抵抗に電圧が高くかかるほど、流れる電流も多くなります。

回路素子の種類2.コンデンサー

コンデンサーとは、流れてきた電流の電荷をエネルギーとして蓄積する素子です。種類は受動素子に区分されています。2枚の電極板に絶縁体が挟み込まれている構造です。コンデンサーに蓄積されたエネルギーは静電エネルギーと呼ばれます。直流電流を流すと一定時間で電荷が蓄積されると、回路の電流が止まる仕組みです。ただ、交流電圧をかけたときは、充放電が繰り返されるので、電気が常に流れます。

回路素子の種類3.コイル

コイルとは、電線を繰り返し巻いた形状の素子です。種類は受動素子に区分されています。電気を流すとコイルの中心を貫くように磁界を発生させるのが特徴です。反対にコイルの巻き線の中央を貫く磁界を変化させると、コイルに電流が流れます。このように電流と磁界が相互作用するのがコイルの最大の特徴です。

コイルはスピーカーやマイク、モーター、ICカードなどに使われており、コイルの種類はさまざまあります。具体的には、ノイズ除去の役割を果たす電源用コイルや、不要な高周波信号を通さないRFチョークコイル、特定の周波数の信号を取り出せる共振コイルなどです。

回路素子の種類4.ダイオード

ダイオードとは、電流を一つの方向に流せる特性を持つ素子です。能動部品の種類に区分されます。ほかの種類と違って電流の向きに制限があります。電気を一方方向に流す一般整流用ダイオードをはじめ、整流用ダイオードを4つ組み合わせたダイオードブリッジ、無線信号から音声信号を取り出せる検波用ダイオードなど、種類はさまざまです。

回路素子の種類5.トランジスタ

トランジスタとは、3つ以上の電極を持った半導体増幅素子です。種類は能動素子に区分されています。入力端子から外部信号を受信し、オンオフを切り替えるスイッチングを行い、受信した微弱信号を増幅できる特性を持っています。

電流の変化で電圧の変化を取り出すバイポーラ型トランジスタや、電圧の変化で電流の変化を取り出すユニポーラ型トランジスタ、光信号によって電流を制御するフォトトランジスタ、電気が一度流れるとオンのままになるサイリスタなど、さまざまな種類があります。

回路の種類を区別してそれぞれの特性を理解しよう!

以上、回路の基礎知識をおさらいしつつ、回路の種類や具体的な素子の機能などを解説しました。利用している素子の種類や数値の表現によって回路の種類が変わってくることがおわかりいただけたのではないでしょうか。回路の種類を区別すると、回路の特性がわかりやすくなります。これまで回路の仕組みがいまいちわからなかった方は、あらためて回路の種類から理解しておくことをおすすめします。

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