電子回路の基礎｜電圧・電流・抵抗を解説 【Arduino/ラズパイ/電子工作向け】

01電圧・電流・抵抗とは何か｜3つの基礎概念

電圧とは（電位差）

電圧とは、2点間の電気的な高さの差（電位差）のことです。単位はV（ボルト）で表します。SparkFunの電子工作チュートリアルでは、この関係を水の流れにたとえて説明しています。高い位置にある水は、低い位置に向かって流れようとします。この「高さの差」が、電気の世界での電圧にあたります。電圧が高いほど、電気を押し出す力が強くなります。

電流とは（電荷の流れ）

電流とは、電気の粒（電荷）が、1秒間にどれだけ流れるかを表す量です。単位はA（アンペア）で表します。水のたとえで言えば、ホースの中を1秒間に流れる水の量にあたります。電圧という「押し出す力」によって、電流という「実際の流れ」が生まれる、という関係です。

抵抗とは（流れにくさ）

抵抗とは、電流の流れにくさを表す量です。単位はΩ（オーム）で表します。

抵抗という部品の役割

ホースが細ければ細いほど、水は流れにくくなります。これと同じように、抵抗が大きいほど、電流は流れにくくなります。

抵抗という部品は、この性質を利用しています。あえて電流の流れを制限するために使われるのです。

02オームの法則｜V=IRの意味と使い方

3つの式の使い分け

電圧・電流・抵抗の関係を表す公式が、オームの法則です。基本の形はV = I × Rです。この式は、変形して使うこともできます。電流を求めたいときはI = V ÷ Rを使います。抵抗を求めたいときはR = V ÷ Iを使います。3つのうち2つの値が分かれば、残り1つを必ず計算できます。

具体例1：電流を求める

9Vの電池に、100Ωの抵抗をつないだとします。このとき流れる電流はいくらでしょうか。I = V ÷ Rの式を使います。

I = 9V ÷ 100Ω = 0.09A（90mA）

具体例2：抵抗を求める

次は、抵抗を求める例です。5Vの電源で、流れる電流を10mA（0.01A）に抑えたいとします。必要な抵抗値はいくらでしょうか。R = V ÷ Iの式を使います。

R = 5V ÷ 0.01A = 500Ω

具体例3：電圧を求める

最後に、電圧を求める例です。0.02A（20mA）の電流が、150Ωの抵抗に流れているとします。このとき、抵抗の両端にかかっている電圧はいくらでしょうか。V = I × Rの式を使います。

V = 0.02A × 150Ω = 3V

この3つ目の例は、以前の記事で扱ったLED回路の抵抗計算と同じ考え方です。3つの式を自在に使い分けられるようになると、回路の設計や、うまく動かないときの原因調査に大いに役立ちます。

03抵抗器の読み方｜カラーコード

カラーコードとは

一般的な抵抗器には、数値の印字がありません。代わりに、色のついた帯（カラーコード）で抵抗値を表しています。もっとも一般的な4本帯タイプでは、それぞれの帯に役割があります。1本目と2本目の帯は、抵抗値の数字を表します。3本目の帯は、掛け合わせる倍率を表します。4本目の帯は、誤差（許容範囲）を表します。

実際に読んでみる例

具体例で練習してみましょう。「赤・赤・茶・金」という帯の抵抗があるとします。1本目の赤は「2」、2本目の赤も「2」です。3本目の茶は「×10」という倍率です。これらを組み合わせます。

22 × 10 = 220Ω（誤差±5%）

もう1つ試してみましょう。「茶・黒・赤・金」という帯の場合です。1本目の茶は「1」、2本目の黒は「0」、3本目の赤は「×100」です。

10 × 100 = 1,000Ω（1kΩ、誤差±5%）

すべてを暗記する必要はありません。まずは、よく使う220Ωや1kΩなど、頻出の組み合わせから覚えていくとよいでしょう。テスターがあれば、実測して答え合わせをすることもできます。

04直列回路を詳しく理解する｜合成抵抗と電圧分配

合成抵抗の計算

複数の抵抗を直列につないだとき、回路全体としての抵抗（合成抵抗）は、単純にすべて足し算するだけで求められます。100Ωと200Ωの抵抗を直列につないだ場合、合成抵抗は次のようになります。

R合計 = 100Ω + 200Ω = 300Ω

電圧分配の考え方

直列回路には、もう1つ重要な性質があります。電源電圧が、それぞれの抵抗の大きさに応じて分配される、という性質です。先ほどの100Ωと200Ωの直列回路に、9Vの電源をつないだとします。全体の電流は、まずオームの法則で求められます。

I = 9V ÷ 300Ω = 0.03A（30mA）

この電流は、回路のどこでも共通です。この共通の電流を使って、それぞれの抵抗にかかる電圧を求められます。100Ωの抵抗には0.03A × 100Ω = 3V、200Ωの抵抗には0.03A × 200Ω = 6Vの電圧がかかります。3Vと6Vを足すと、ちょうど電源電圧の9Vになります。抵抗の大きさの比率に応じて、電圧が分配されていることが分かります。

05並列回路を詳しく理解する｜合成抵抗と電流分配

合成抵抗の計算

並列回路の合成抵抗は、直列回路のように単純な足し算ではありません。それぞれの抵抗の逆数を足し合わせ、最後にもう一度逆数を取る、という計算になります。2つの抵抗の場合は、次の式が便利です。

R合計 = (R1 × R2) ÷ (R1 + R2)

100Ωと200Ωの抵抗を並列につないだ場合で計算してみましょう。

R合計 = (100Ω × 200Ω) ÷ (100Ω + 200Ω)
     = 20,000 ÷ 300
     ≒ 66.7Ω

並列回路の合成抵抗は、必ずもっとも小さい抵抗の値よりも、さらに小さくなるという特徴があります。電流が流れる道が増える分、全体としては電流が流れやすくなるためです。

電流分配の考え方

並列回路では、直列回路とは逆の性質があります。それぞれの抵抗にかかる電圧は、すべて同じです。一方、電流は、抵抗の大きさに応じて分かれて流れます。抵抗が小さい経路ほど、より多くの電流が流れます。9Vの電源に、100Ωと200Ωの抵抗を並列につないだとします。それぞれの経路の電流は、個別にオームの法則で計算できます。100Ωの経路には9V ÷ 100Ω = 0.09A、200Ωの経路には9V ÷ 200Ω = 0.045Aの電流が流れます。

06電力（P=VI）｜発熱と消費電力の関係

電力の公式

電圧・電流・抵抗と並んで、もう1つ知っておきたい量があります。「電力」です。電力は、電気が仕事をする勢い、つまりエネルギーが変換される速さを表します。単位はW（ワット）です。電力の基本公式は、電圧と電流を掛け合わせるだけのシンプルな形です。

P = V × I
（電力 = 電圧 × 電流）

この式は、オームの法則と組み合わせることで、別の形に書き換えることもできます。P = I² × R（電流と抵抗から求める式）や、P = V² ÷ R（電圧と抵抗から求める式）です。状況に応じて、使いやすい式を選べます。

抵抗の定格電力に注意

抵抗器には、安全に扱える電力の上限（定格電力）が決まっています。一般的な小型抵抗では、1/4W（0.25W）程度のものがよく使われます。先ほどの直列回路の例で、100Ωの抵抗に0.03Aの電流が流れていた場合を考えてみましょう。この抵抗が消費する電力は、次のように計算できます。

P = I² × R = (0.03A)² × 100Ω = 0.09W

0.09Wは、1/4W（0.25W）の定格に対して十分余裕があります。しかし、電流が大きくなる回路では、この計算を必ず確認する習慣をつけましょう。定格を超えると、抵抗が発熱し、故障の原因になります。

07よくある計算間違いと対処法

症状別の対処早見表

焦らず単位から確認する

08よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A