電子工作のきほん｜#04 抵抗器のしくみと使い方

抵抗器のしくみと使い方 ── 電子工作でいちばん出会う部品

ブレッドボードの上に並ぶ、小さな円筒にカラフルな帯が描かれた部品。これが抵抗器（レジスタ）です。電子工作をしていると、どんな回路にも必ずと言っていいほど登場します。LEDを光らせるときも、ボタンを読むときも、センサーをつなぐときも、たいてい抵抗器が一緒に使われています。地味な存在ですが、これを理解できているかどうかで、回路図の読みやすさが大きく変わります。逆に言えば、抵抗器でつまずく人は、その先のほとんどの回路でつまずいてしまいます。ですからこのコースでは、最初の部品として抵抗器をていねいに見ていきましょう。むずかしく感じても大丈夫、ひとつずつ進めれば必ず分かります。

1. 抵抗器は「電流の流れにくさ」をつくる部品

電気を水の流れにたとえてみましょう。電圧は水を押し出す「水圧」、電流は流れる「水の量」にあたります。では抵抗とは何でしょうか。これは水路の途中にある「細い場所」だと思ってください。管が細ければ、同じ水圧でも流れる水の量は減りますよね。抵抗器は電気の通り道をわざと細くして、流れる電流の量を抑える部品なのです。

この関係を式にしたのが、有名なオームの法則です。

V ＝ I × R　（電圧 V〔ボルト〕＝ 電流 I〔アンペア〕× 抵抗 R〔オーム〕）

この式は、知りたいものに合わせて3つの形に変形できます。電子工作ではこの3つをいつも使いますので、ぜひ手になじませてください。

V ＝ I R　　　　I ＝ V／R　　　　R ＝ V／I

たとえば3Vの電源に100Ωの抵抗をつなぐと、流れる電流は次のように求まります。

I ＝ V／R ＝ 3／100 ＝ 0.03 A ＝ 30 mA

抵抗を大きくすれば電流は小さくなり、抵抗を小さくすれば電流は大きくなります。この「電流を自分の思った値に抑えられる」という性質こそが、抵抗器がどこでも使われる理由です。

抵抗器は電気を熱に変えています

抑えられた電気のエネルギーは、どこへ行くのでしょうか。答えは「熱」です。抵抗器は電流を妨げるとき、そのぶんのエネルギーを熱として放出します。発生する電力（熱の量）は次の式で表されます。こちらも、分かっている値に合わせて3つの形で書けます。

P ＝ V I ＝ I² R ＝ V²／R　（電力 P〔ワット〕）

たとえば100Ωに30mA（0.03A）が流れているときの発熱は、

P ＝ I² R ＝ (0.03)² × 100 ＝ 0.0009 × 100 ＝ 0.09 W

となります。この発熱の計算は、あとの「注意点」でとても大切になります。抵抗器が焼けて壊れるか、無事でいられるかが、この値で決まるからです。いまは「抵抗器は電流を抑えるかわりに、少し熱くなる部品」だと覚えておきましょう。

2. 値の読み方 ── カラーコードと回路記号

抵抗器の本体には数字が書かれていません。代わりに色の帯（カラーコード）で抵抗値を表します。最初は暗号のように見えますが、ルールはとてもシンプルです。よく使われる4本帯タイプでは、左から「1けた目・2けた目・10の何乗か（乗数）・許容差」を表します。

たとえば「茶・黒・赤」と並んでいれば、1（茶）・0（黒）・×100（赤）なので、計算すると次のようになります。

10 × 100 ＝ 1000 Ω ＝ 1 kΩ

電子工作で最も出番が多い「茶・黒・赤・金」は、まさにこの1kΩ（金は許容差±5%）です。LED用によく使う「赤・赤・茶（220Ω）」や「茶・黒・橙（10kΩ）」あたりも、見ただけで分かるようになると作業が速くなります。覚えるのが大変なら、最初はテスターで測ってしまって大丈夫です（測り方はあとで紹介します）。

回路図の上では、抵抗器は長方形の記号（新JIS）か、ギザギザの記号（旧記号・海外では今も多いです）で描かれます。横に「R1」「220Ω」などと値が添えられます。どちらの記号も同じ抵抗器を指していると知っておけば、海外のサイトの回路図を見ても迷いません。

3. 基本の使い方は「電流制限」と「分圧」

抵抗器の使い道はたくさんありますが、はじめに出会うのは次の2つのパターンです。

使い方その1：電流を制限する（LEDを守る）

LEDは、そのまま電源につなぐと一瞬で壊れてしまう部品です（理由は次の記事でくわしく扱います）。そこで、LEDと直列に抵抗器を入れて、電流を安全な量に抑えます。これを電流制限といいます。考え方を一般の式にすると、こうなります。

R ＝ （電源電圧 − LEDの電圧）／ 流したい電流

たとえば電源5V、LEDにかかる電圧（順方向電圧）が約2V、流したい電流を10mAにしたいとしましょう。抵抗器が引き受けるべき電圧は 5 − 2 ＝ 3V ですから、

R ＝ (5 − 2)／0.01 ＝ 3／0.01 ＝ 300 Ω

となります。手元に300Ωがなければ、少し大きい330Ωを使えば大丈夫です（電流が少し減って、より安全側になります）。このとき抵抗器で発生する熱も確かめておきましょう。

P ＝ V I ＝ 3 × 0.01 ＝ 0.03 W

1/4W（0.25W）の抵抗器なら余裕で大丈夫ですね。この「電源電圧から部品の電圧を引いて、流したい電流で割る」という流れは、電子工作のあらゆる場面で使う基本中の基本です。

使い方その2：電圧を分ける（分圧）

抵抗器を2本直列につなぐと、電源電圧をその比率で分け合います。これを分圧といいます。2本の抵抗を R1、R2 として、つなぎ目（中点）から取り出せる電圧 Vout は、次の式で計算できます。

Vout ＝ Vin × R2 ／（R1 ＋ R2）

たとえば Vin ＝ 5V で、R1 ＝ R2 ＝ 10kΩ のように同じ値を2本使うと、

Vout ＝ 5 × 10／(10 ＋ 10) ＝ 5 × 0.5 ＝ 2.5 V

となり、ちょうど半分の電圧が取り出せます。R2 を大きくすれば Vout は大きく、小さくすれば Vout は小さくなります。可変抵抗（ボリューム）やセンサーの値を読むときに、この分圧の式がそのまま効いてきます。今は「抵抗を直列にすると、つなぎ目から好きな電圧を取り出せる」と押さえておけば十分です。

4. ここに注意 ── よくある失敗

抵抗器は丈夫な部品ですが、使い方をまちがえると焼けたり、回路がうまく動かなかったりします。つまずきやすいポイントを知っておきましょう。先に知っておけば、こわがる必要はありません。

(1) 定格電力（ワット数）を超えると焼けます

抵抗器には「何ワットまでの熱に耐えられるか」という定格電力があります。よく売られている小型のものは1/4W（0.25W）です。さきほどの発熱の式 P ＝ I² R で計算した値が、この定格を超えると、抵抗器は熱で焦げ、最悪は燃えてしまいます。たとえば100Ωに0.1A（100mA）流すと、

P ＝ I² R ＝ (0.1)² × 100 ＝ 0.01 × 100 ＝ 1 W

となり、1/4Wの抵抗では4倍オーバーで、確実に焼けます。設計するときは「この抵抗で何ワット発生するか」を必ず一度は計算する習慣をつけましょう。心配なら1/2Wや1Wの大きめの抵抗を選べば安心です。

(2) 抵抗ゼロ（直結）は禁止です

「抵抗を入れ忘れてLEDを直接つないだ」「電源のプラスとマイナスを抵抗なしでつないだ」——これらはショート（短絡）です。R が限りなくゼロに近づくと、I ＝ V／R の式から電流 I は一気に大きくなり、部品や電池、配線を壊してしまいます。電源にとって抵抗ゼロは「全力で水を流せ」という命令と同じです。抵抗器は、その全力を安全な量に抑える「ブレーキ」だと考えてください。

(3) カラーコードの読みまちがい

帯の向きを逆から読むと、まったく違う値になります。許容差の帯（金・銀）がある側を右にして読むのが基本です。また橙（だいだい）と赤、茶と紫は照明によって見分けにくいことがあります。少しでも不安なら、思い込みで挿さずにテスターで測りましょう。これがいちばん確実です。

(4) 許容差を忘れずに

抵抗値はぴったりその値ではなく、±5%や±1%といった誤差（許容差）を持っています。1kΩ ±5%なら、実物は950〜1050Ωのどこかにあります。LEDの電流制限くらいなら誤差は気になりませんが、精密な分圧やセンサー回路では±1%（金属皮膜）を選ぶとよいでしょう。

5. 確かめてみよう ── テスターで測る

理屈を読んだら、実物で確かめるのが理解への近道です。デジタルテスターのダイヤルを「Ω（抵抗）」に合わせ、抵抗器の両足にプローブ（赤・黒）を当ててみてください。抵抗器には極性がないので、赤と黒はどちらをどちらに当てても大丈夫です。表示された値を、カラーコードから読んだ値と見くらべてみましょう。許容差の範囲で、だいたい一致するはずです。

ひとつだけ注意です。抵抗を測るときは、必ず回路から外して単体で測ってください。回路につないだまま測ると、まわりの部品を通ってしまい、正しい値が出ません。最初はバラの抵抗器を何本か測って、カラーコードと数字の対応に慣れていきましょう。

6. まとめと次のステップ

抵抗器は「電流の流れにくさをつくる部品」で、オームの法則 V ＝ I R がそのすべての土台でした。値はカラーコードで読み、使い方の基本は「電流制限（R ＝ (電源 − 部品の電圧)／電流）」と「分圧（Vout ＝ Vin × R2／(R1+R2)）」。そして最大の注意点は、発熱（P ＝ I² R）が定格電力を超えないことと、抵抗ゼロのショートを避けることでした。この2つの安全感覚さえ身につければ、抵抗器でこわい思いをすることはほとんどありません。

次の記事では、その抵抗器とセットで必ず使う「LED」を扱います。なぜLEDは抵抗なしでつなぐと壊れるのか、順方向電圧Vfとは何か、極性をどう見分けるか——抵抗器の電流制限の話が、そのまま生きてきます。

発展・応用アイデア

もっと深めたい人へ、3つの寄り道を置いておきます。ひとつ目は「合成抵抗」です。手元に欲しい値がなくても、2本を組み合わせれば作れます。直列なら R ＝ R1 ＋ R2、並列なら 1／R ＝ 1／R1 ＋ 1／R2 で計算できます。たとえば10kΩを2本並列にすると5kΩになりますね。ふたつ目は「E系列」です。抵抗器の値は1kや2kのようなキリのいい数字ではなく、220や330、470といった半端な値が標準になっています。これはE12・E24という決められた数列で、許容差を考えた合理的な理由があります。みっつ目は「チップ抵抗」です。スマホや基板の中で使われている、米粒よりも小さい抵抗器で、カラーコードではなく数字（103 ＝ 10 × 10³ ＝ 10kΩ など）で値を表します。どれも、次に部品箱を開けたときの楽しみが増えるはずです。