抵抗だけを使ってDC電源の電流値と電圧値を変えたい

質問

3.3V1.5A電源を3.3V0.3A電源に変換するやり方
→ 11Ωの抵抗を使う。（この抵抗値を求める計算には1.5Aという値は使われない）

それを更に2.3V0.3A電源に変換したい場合
→ 0.3A時に3.3333Ωの抵抗を使うと1Vを消費させられる。

・・・このやり方だと2つの抵抗を使うだけで電流値と電圧値の両方をコントロールできるという事になりますが。
つまり、2つの抵抗を直列で繋ぎ、抵抗と抵抗の中間部分から接点を取ると2.3V0.3A電源を取れるという事ですか？
つまり、このやり方の場合、抵抗の性質である電流調整と分圧を同時にこなすという体裁になるという事ですか。
このやり方は理屈上、正しいですか？

抵抗の比重：　11Ω : 3.3333Ω = 3.3 : 1 = 1 : 0.3030
1 - 0.303 = 0.697
3.3V × 0.697 = 2.3V

1つ解せない事があるのでが、
抵抗を使うと電圧降下が可能で、降下させる電圧は　電流（アンペア）×抵抗値（オーム）＝電圧（ボルト）　で求められるという事ですが、
上記の例で言うと　0.3A×11Ω = 3.3V　となり、抵抗だけで全Vを消費してしまう計算になるのでは？
辻褄が合わない気がするのですが、どのように理解すれば良いですか？

例えば
1A2Ωだと2Vを消費（つまり電圧を2V下げられる）。
1A7Ωだと7Vを消費（つまり電圧を7V下げられる）。
という事ですが、でも、3.3V1.5A電源を3.3V0.3A電源に変換する為に11Ωの抵抗を使うという場合、電圧は下がらず電流だけを下げられるんですよね？
抵抗というのは電圧に関しては分圧する性質しかないので抵抗の両端から電気を取ると結局電圧は下がっていないという話じゃないのですか？

それに、
“それを更に2.3V0.3A電源に変換したい場合
0.3A時に3.3333Ωの抵抗を使うと1Vを消費させられる。”
という部分で、2個目の抵抗を使った時点で更に電流の低下が発生して0.3A未満の電流になってしまわないですか？

回答No.16

kantaro1985 · ベストアンサー

回答No.8様の回路図で、負荷に対して0.3Aを取り出すとは、こういうことです。

今回も手書きの図で見にくいですが、ご了承ください。

回答No.18

kantaro1985

ベストアンサーにしていただいた、回答No.16の補足説明です。

この図の回路の全体の消費電力は、約4.52Wになりますが、この内訳は、0.68Ω抵抗で1.27W、2.2Ω抵抗で2.54W消費して、この2つの抵抗で3.81W消費してしまいます。

一方で、負荷で消費する電力は、たったの0.71Wです。

有効に使える電力は15.7%だけで、残りの84.3%の電力は抵抗で消費して、熱となって大気中に捨ててしまいます。

もちろん、かなり発熱するので、定格10W程度の抵抗は必要でしょう。(定格ギリギリの抵抗を使うと、抵抗は百数十℃になるので注意)

この事を指して、回答No.8でohkawa3様は「こんな回路を使ってみたいですか？」と言われています。

抵抗だけで何とかしようとすると、このように大量に電力を消費して、実際に役に立っている電力はごく僅かということになってしまうのです。

回答No.17

kantaro1985

＞この電源を使ってモーターを作ろうとしています。

負荷がモーターなら、さらに考慮しないといけないことがあります。

モーターなら、起動時に多めの電流が流れる可能性が高いです。
電源側を抵抗によって電圧をドロップさせる回路にした場合、その起動時の電流によって、計算した定常状態の電圧よりも、起動時だけはモーターにかかる電圧が下がってしまうことが予想されます。
この現象により、抵抗で電圧をドロップさせる回路だと、モーターが起動しない可能性があります。
逆に、抵抗値を起動時に合わせて決めると、定常状態の印加電圧が高くなりすぎる可能性があります。

こういう懸念を考えてもなお、ちゃんとした電源回路を組むのではなく、抵抗だけで電圧を下げようとされるのであれば、御自身で、そのあたりを充分に考慮して下さい。

私から言えるのは、私ならそんなやり方はしないということだけです。

回答No.15

kantaro1985

＞上記の3点については原理以外は大体理解してます。

＞この場合、取り合えずこの回路に使う負荷は0Ωだったと仮定し、
回答No.8の図で言うと、上側の抵抗を3.333Ωにして下側の抵抗を7.667Ωにすれば2.3V0.3Aを取り出せるという事で合ってるんですよね？

思いっきり間違っています。
0Ωということは、電線で短絡、つまりショートさせるということです。
（もしかして0Ωではなく、抵抗値無限大と言いたい？）
回答No.8の図の小さい○2つ書いてあるところが負荷を接続する箇所です。
ここに、0Ωを接続するとは、下側の7.667Ωをショートするということですから、3.333Ωだけになり、取り出す電流は、3.3V/3.333Ω=0.99Aです。

もし、0Ωと書かれているところが、本当は抵抗値無限大のつもりだったとしても間違っています。
確かにこの回路に流れている電流は0.3Aで、下側の抵抗7.667Ωの電圧は2.3Vになりますよ。
でも、それは、7.667Ωの抵抗に0.3Aが流れているだけで、0.3Aの電流を負荷に対して「取り出して」いません。
この場合、負荷に取り出している電流は「0A」です。
負荷に対して電流を「取り出す」ということの意味を理解出来ていらっしゃらないように思います。

回答No.8の方が、あれだけきっちり完璧に答えてくださっているのに、それを全く理解していないだけではなく、理解しようとせずに無視した結果が、3.333Ωと7.667Ωという数値を導き出したということだと思いますよ。

回答No.14

kantaro1985

今までの質問とか補足の文章を見てて、質問者様の現状の知識がどの程度なのか、疑問に感じましたので、確認させて下さい。

1.オームの法則はご存知なんですよね？
公式を暗記しているという意味ではなく、式の意味を正しく理解されているかという意味での確認です。

2.抵抗を直列接続した場合、合成抵抗はどうなるかご存じですか？

3.同じく抵抗を直列接続した回路に電圧を印加した時、電圧の分圧比は抵抗値の比に等しい事をご存じですか？
（何故そうなるかを含めて）

今までのやりとりを見てると、上記の3点を理解出来ていないのかもと思いました。

これが分からないのであれば、おそらく、今までの回答者の説明は分からなくても当然で、そこから説明し直さないといけません。

それでは、ここの回答がいくらあっても足りないので、そこは中学の理科の教科書でも読んでいただきたいのですが、実際のところはどうなんでしょうか？

そこを説明しだすと、抵抗でDC電源の電流電圧を変えたいという質問じゃなくて、中学の理科が分からないので教えて下さいという質問なので。

補足

上記の3点については原理以外は大体理解してます。

この場合、取り合えずこの回路に使う負荷は0Ωだったと仮定し、
回答No.8の図で言うと、上側の抵抗を3.333Ωにして下側の抵抗を7.667Ωにすれば2.3V0.3Aを取り出せるという事で合ってるんですよね？

回答No.13

kantaro1985

＞でも、オームの法則によると3.3V0.3Aの場合は11Ωじゃないんですか？

じゃ、11Ωを使うとVとAはどのようになるんですか？　VとAがどちらも下がった上で法則どうりになるという意味ですか。

あなたが、この電源を使ってやりたい事は何ですか？
11Ωの抵抗を発熱させる事ですか？
違いますよね？
この電源に「11Ωだけを」接続して、他に何も接続しなければ、確かに、11Ωに3.3Vが加わって、0.3Aが流れますよ。
その回路で出来る事は、11Ωの抵抗を発熱させること「だけ」です。

この11Ωと直列に、あなたが本来動作させたい回路を接続すれば、その時点で11Ωの抵抗に加わる電圧は負荷との分圧になるので、3.3Vではありません。

ちょっと手書きの図で見にくいかもしれませんが、例を書いてみました。
これを見てよく考えてください。

この例のように、仮に負荷が5Ω相当だとすると、負荷に加わる電圧は1.03V、電流は0.206Aになるので、この負荷から見ると、1.03V0.206Aの電源ということになってしまいますね。
もちろん、この負荷の抵抗値が違えば、この数値は全て変わってきます。

一応確認ですが、抵抗の直列接続の場合の合成抵抗は足し算になることぐらいはご存知なんですよね？

補足

この電源を使ってモーターを作ろうとしています。
再計算という概念はあんまり有りませんでしたが、まぁ考えてみればそのようになるようですね。
合成抵抗になるという事は解っています。

回答No.12

ohkawa3

回答数ばかりが増えて頭の整理がつかなくなっているかもしれませんが、電気回路を設計する技術者の一般的な考え方を図を使って説明したいと思います。

これまでの回答から、抵抗器を使って電圧を調整する場合は、負荷電流によって出力電圧が変動することを知識として吸収したと思います。

負荷電流によって電圧が変動する様子をグラフに表したのが負荷特性です。負荷特性の例を下図に示します。横軸が負荷に流れる電流、縦軸が負荷に加わる電圧を示します。この図では、3.3Vの一定電圧の電源から、R1、R2の抵抗器を介して負荷に電流を供給する場合を示しています。

このグラフの①③は、R2の値が無限大（R1だけを使った場合）の負荷特性で、負荷電流が0では出力電圧が3.3Vになります。③はR1=11Ωの場合で、0.3Aの負荷電流を流すと出力電圧はゼロになります。①はR1＝3.33Ωの場合で、0.3Aの負荷電流を流すと出力電圧は2.3Vになります。

グラフの②は、R1とR2の2個の抵抗器を使った場合の負荷特性であり、無負荷電圧を3.3Vよりも低くするとともに、負荷電流の変動に対する負荷電圧の変動を軽減することができます。具体的な特性例は、回答No.8を参照してください。電圧変動を軽減できる代償として、2個の抵抗器が消費する電力が増えてしまう重大な欠点があります。

回答No.11

hahaha8635

簡単にやるには
下のohkawa3さんの回路図でいいです
各く抵抗を可変にして

ただ　電流を絞ると電圧も変わります　オームの法則のため
ものすごい古い安定化電源はこの方式で　電圧　電流　を調節してました

あなたのお望みなのは
https://www.youtube.com/watch?v=Z6L0UC_mKWU&ab_channel=%E3%82%88%E3%81%BF%E3%82%84

１０００円で買えます表示器付きで
CCのボリュームで電流値を絞り　CVで電圧をコントロールします
30V4A
↑
これを抵抗だけでやるのは難しいです

安定化電源を買うか（中華の安定化電源も安いですから）

回答No.10

by_plus

考える順番が違うように思う

負荷があって初めて電源側の事を考えられるはず
例えば、負荷側が3.3V0.1A一定だったとしたら
電源側は、3.3V1.5Aでも3.3V0.3Aでも同じでどちらも使える。
わざわざ電流を下げるために抵抗で電圧降下させる必要なし

もし、電流を0.3Aで制限したいなら抵抗だけでは無理

回答No.9

kantaro1985

まずは、基本に立ち返って、抵抗とは何かを考えてみて下さい。
質問中に、色々と謎の理論を展開されていますが、それらは全て間違っていると思って、一旦、頭の中から排除して下さい。

抵抗に出来る事は、ただ1つ。
抵抗に電流を流すと、オームの法則に従って、電流値と抵抗値に応じた電圧降下を発生させることです。
これ以外のことは出来ません。

並列接続だろうが直列接続だろうが、この基本から外れることはありません。

この基本に基づけば、質問中にあるような、電圧を変えずに電流を減らすことも出来ない事はわかると思います。

回答No.8

ohkawa3

下図のような回路定数にしたら、無負荷時の出力電圧が2.52 V程度、
0.3 Aの負荷電流を流したときの出力電圧が2.36 V程度が得られます。
3.3 V電源の容量（1.5 A）目いっぱいの無駄電流を流せば、負荷電圧の変動を0.16 V程度に抑えることができます。
抵抗器は相当に発熱しますが、こんな回路を使ってみたいですか？

補足

0.3A2.2Ωの場合、取り出せるのは0.66Vじゃないんですか？