CR回路の原理

【CR回路の原理】電流波形や電圧波形について解説します!

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困っている人

電子回路を勉強していく中で「CR回路」がよく出てくるけど、理屈が分からない。
どんな原理なんだろう?

こんな疑問を解消します。

『ハイパスフィルタとして使用されるCR回路』は、原理が分かっていない方も多いですよね。

そこで今回は、『CR回路』の電流波形や電圧波形について解説します!
 

本記事の内容・ CR回路とは
・ 電流波形
・ 電圧波形
・ 時定数
・ まとめ
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CR回路とは

CR回路
CR回路とは、『電源・コンデンサ・抵抗の順番で直列に構成される回路』です。

CとRについては、以下の頭文字から取られています。

【CRの意味】

C:Capacitande(コンデンサ)

R:Resistor(抵抗)

 
このCR回路について、まずは電流波形を見ていきましょう。
 

電流波形

CR回路の電流波形
『入力電圧VIN』が5Vに立ち上がった際、電流も一時的に流れています。

しかし、その後すぐに流れなくなり、『入力電圧VIN』が0Vに立ち下がった際に逆方向に電流が一時的に流れています。

これは、コンデンサの『交流成分だけ電流を通す性質』により、電圧が変化した『0V → 5V』『5V → 0V』の際だけ電流が流れているのです。

【コンデンサの性質】

交流成分のような電圧が変化した際にだけ電流を通す。

 

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もっぷ

コンデンサの性質をしっかり押さえた上で、電圧波形に移りましょう。

 

電圧波形

CR回路の電圧波形
『入力電圧VIN』に対して、『出力電圧VOUT』は最初だけ立ち上がり、その後下がっていくことが分かります。

これは、最初だけ回路に電流が流れるため、徐々に抵抗に電流が流れなくなり、最後はVOUTとGNDが等電位になることによるものです。

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もっぷ

回路に電流が流れなければ、『抵抗は短絡してただの導線と同じ』になるからですね。

 
【電圧の立ち上がり】
CR回路において抵抗が導線になる原理
 
それに対して、『入力電圧VIN』が立ち下がった際には、コンデンサに溜まっていた電荷が抜けていくことによってGNDから電源に向かって電流が流れるのです。

その結果、VOUTはGNDから抵抗の分だけ電圧降下するため、最初は電圧がマイナスとなるのです。

その後は徐々に抵抗に電流が流れなくなり、最後はVOUTとGNDが等電位になります。
 
 
【電圧の立ち下がり】
CR回路においてVOUTがマイナスになる原理
 
これは感覚的に分かると思うのですが、『電源0V』であるのに対して『コンデンサ5V』であるため、当然コンデンサから電源に電荷が流れていきます。
 

時定数

費用
時定数とは、『過渡状態から定常状態までの変化の速さを表わす量』を意味します。

時定数が大きければ過渡状態から定常状態になるまでの時間も早くなります。

CR直列回路では、時定数は『 C × R 』となり、今回の場合では『10μ × 10k = 100mm Sec』です。

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もっぷ

時定数は大学受験でも出てくるため、常識として押さえておきましょう。

 

まとめ

まとめ
いかがでしたでしょうか。

電子回路を設計する上で『CR回路』は必須の知識です。

CR回路の『原理』をしっかりと理解しましょう。

この記事が、皆様のお役に立てば幸いです。

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