直列回路図と並列回路図は電子設計の基本であり、電力網やニューラルネットワークといった複雑なシステムを理解するための簡略化されたモデルとして機能します。これらの回路図の基本的な特性と描画テクニックを習得することで、エンジニアは概念実証から製品実装までのプロセス全体を効率的に進めることができます。この記事では、直列回路と並列回路について解説します。

Ⅰ.直列回路とは何ですか？

1. 意味

電流は電源の正極端子から発生し、抵抗器、電球、モーターなどの各部品を順に通過し、最終的に電源の負極端子に戻り、単一の閉回路構造を形成します。電流は1つの経路のみを流れ、部品は直列に接続されています。

2. コア機能

電流保存の法則: 各コンポーネントを流れる電流は等しい (I=I1=I2=...=In)。

電圧の重ね合わせ: 合計電圧は各コンポーネントの部分電圧の合計に等しくなります (U = U1 + U2 + ... + Un)。

故障連鎖反応: いずれかのコンポーネントが故障すると、回路全体が故障します。

直列回路図

3. 直列回路の限界

不均一な電圧分布のリスク: コンポーネントの抵抗が大きく異なる場合、一部のコンポーネントに過電圧が発生する可能性があります (例: ワット数の異なる電球を直列に接続すると、ワット数の低い電球が切れる可能性が高くなります)。

障害感度: 1 つのコンポーネントの障害によって全体が麻痺する可能性があり、冗長設計が欠如しています。

電力制限: 総電力は最小定格コンポーネント (P = I2 ⋅ R) によって制限されるため、コンポーネントパラメータは慎重に選択する必要があります。

4. アプリケーションシナリオ

高電圧要件

直列接続された電池パック: 懐中電灯は、直列接続された 1.5V 乾電池 2 個を使用して、合計 3V の電圧を取得します。

電気自動車の電源: リチウム電池パックは直列に接続されて電圧を高めます (たとえば、48V の電気自動車は、直列に接続された 16 個の 3V 電池で構成されています)。

電流制限と保護

LED 駆動回路: 直列抵抗器は電流を安全な範囲 (20mA など) に制限し、過負荷による LED の損傷を防ぎます。

電圧サンプリング: 電圧監視回路では、直列抵抗器が高電圧を ADC で読み取れる低電圧信号に変換します。

特殊関数の実装

遅延回路：大容量のコンデンサと抵抗器を直列に接続し、充電時定数（τ＝RC）を利用して遅延効果を実現します。

温度検知: サーミスタ (NTC) は回路内で直列に接続され、電圧の変化を通じて温度の変化を反映します。

II.並列回路とは何ですか?

1. 意味

複数の部品が先端と後端の両方で接続され、複数の独立した分岐を形成する回路構造。これにより、電流は異なる経路を流れ、部品は並列に配置されます。

2. コア機能

定電圧: 各ブランチの両端の電圧は等しくなります (U=U1=U2=...=Un)。

電流分布: 合計電流は各ブランチの電流の合計に等しくなります (I = I1 + I2 + ... + In)。

独立操作: どの分岐のブレーカーも他の分岐に影響を与えません (例: 家庭の照明システムの電球は互いに干渉しません)。

並列回路図

3. 並列回路の限界

抵抗マッチングリスク: 分岐抵抗の差が大きすぎると、一部の分岐に過大な電流が発生する可能性があります (たとえば、ワット数の異なる電球を並列に接続すると、ワット数の高い電球に過負荷がかかる可能性があります)。

配線の複雑さ: コンポーネントの数が増えると、配線の接続ポイントの数が増え、接触不良や短絡の問題が発生する可能性があります。

電力配分の不均一性：総電力は電源容量（P = U⋅I）によって制限されます。電源が十分な電流を供給できることを確認してください。

4. アプリケーションシナリオ

家庭用電気システム

並列設計：すべての電化製品（冷蔵庫、エアコン、テレビなど）は220V電源に並列に接続され、独立してオン/オフを切り替えることができ、電圧が安定しています。

利点: 直列接続された機器の 1 つが故障して家全体に停電が発生するという問題を回避できます。

電源冗長設計

電池の並列接続：同一の電池を複数並列に接続すると、電圧を一定に保ちながら総容量（電池寿命）を増やすことができます（例えば、3.7Vのリチウム電池を2つ並列に接続すると、出力は3.7Vのままで、容量は2倍になります）。

用途: UAV バッテリーパック、モバイル電源。

現在の拡大と現在の分裂

高電流負荷: 複数の低電力抵抗器 (パワーアンプのシャント抵抗器など) を並列に接続して高電流を共有します。

電流サンプリング: 小さな抵抗器を並列分岐に直列に接続し、電圧降下を測定することで間接的に合計電流を取得します (モーター駆動回路など)。

III.直列/並列回路図の描き方

1. ProcessOnは、オンラインで回路図を作成できるプロフェッショナルな作図ツールです。まずは、ProcessOnのファイルページにアクセスして回路図を作成してください。

2. 回路図内の電源、スイッチ、電子部品などの部品をキャンバスの中央にドラッグし、回路図の操作プロセスに従って回路部品の中心線をドラッグして部品を接続します。

3. 回路図を描いたら、電子部品の記号や接続順序が正しいか確認します。

IV.回路図テンプレート

ProcessOn テンプレートコミュニティには、参照用の回路図テンプレートが豊富に含まれており、コピーと再利用をサポートして描画効率を向上します。

シンプルな構造と明確に定義された物理法則を持つ直列回路は、電圧分割、電流制限、あるいは高電圧を必要とする状況において重要な役割を果たします。また、電圧安定性、故障分離、そしてスケーラブルな電流制御といった優れた特性を持つ並列回路は、現代の電子システムにおいて不可欠な基礎構造となっています。実際の回路では、直列接続と並列接続はしばしば組み合わせて用いられます。複雑な回路をより適切に解析するには、それぞれの原理と設計上の要点を理解することが不可欠です。

回路図を作成する→

直列回路と並列回路の初心者向けガイド