電池と定電圧 （内部抵抗）

乾電池の電圧は一般に1.5Vですが、図に用いている電池は便宜上4本直列の6Vと考えてください。さて電池回路1は2kΩと4kΩを直列にして電池に接続しています。このように抵抗を接続すると電流が流れ電池にとっては負荷となります。この電流が大きいほど電池に対する負荷が大きいということですね。また、このような抵抗を負荷抵抗といいます。

電池回路1で電池の電圧をテスタで測定すると6Vでした。次にA点の電圧を測ってみると．．．、さて何Vですか？そう４Vですね。次に電池回路2は4kΩをもう一本使って2本並列にしています。これもテスタで電圧を計ってみます。電池の電圧はやはり6Vでしたが、A点の電圧は3Vであり、回路1の時よりも1V低くなっていました。ここで簡潔に定電圧を説明するなら、「電池の電圧は定電圧であり、A点の電圧は定電圧ではない」ということになります。電池は定電圧、A点はただの電圧です。だって、回路1の場合よりも回路2の場合の方が、明らかに電流値が増えているのに電池の電圧は6Vと一定だったでしょ？

さて電池回路3は抵抗値を1/100の値にした場合です。この回路で電池の電圧を測ると5Vと、1V低下していました。これはどうしたことでしょう。電池は定電圧ではないのでしょうか。
下の図は電池回路3を電池の等価回路と共に示したものです。電池はこのように電圧源Vと内部抵抗Riの直列で表すことができます。電池回路3で電池の電圧が1V低下したのは、実はこのRiによるものだったのです。ではRiの値を計算してみましょう。100ｍA流して電圧が1V低下したのですからオームの法則で簡単に求まりますね。そう、10Ωとなります。

電池回路1と電池回路2では電池の電圧は共に6Vと変化がありませんでした。これは何故だか分かりますか？実は変化していたのですが、概ね1mAの小さな電流が10ΩのRiに流れても電圧降下はわずかに10ｍVです。テスタで測ったときにこの小さな変化に気づかなかったということですね。

さて、電池の等価回路から真の定電圧（あるいは定電圧源）はV(6V)であることが分かります。もしRiをすっ飛ばして抵抗負荷をVに直結することができれば、100A流そうが、1000A流そうがV=6Vはまったく変化しません。つまり一般に定電圧、あるいは定電圧源というのは極めて内部インピーダンスの小さな電圧源のことを意味します。しかし電圧源も使用される用途は様々であり、例えば電池なども消費電流が10mA程度の回路用電源として使われる場合は、じゅうぶん定電圧電源と考えてよいのです。

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