グランド 回路

線が記号に置き換わりましたが,上の回路図と,全く同じ回路を表しています. gnd(グランド)はその回路の基準電位. GNDはその回路の 設計者が自由に作る ことができる. GND ≠電池のマイナス であり,GNDの位置で マイナス電源 を作ることができる. これは,回路上で電位の一番低い部分をGNDとすると,GND以外の場所の電位が全て正の値となるため,電気の流れを考えやすくなるからです., GNDに対する正しい認識があれば,こんなこともできると分かります.次の図を見てください. つまり,同じ記号同士はつながっているということです., では,なぜわざわざ置き換えるのでしょうか.次に,こんな回路図があったとします. これが「グランド(gnd)」の基本的な概念です。 器具から電源へ戻っていく回路部分に設定することが多い. レベルシフト回路とは入力信号と同じ波形で、異なるdc電圧値を出力する回路です。デジタル領域から入力された低電圧デジタル信号をアナログ領域の電圧に変換したり、アナログ電圧を動作点調整のために少しシフトさせたりすることができます。 日受付 左側には先ほどと同じように,電池があります. このとき,電池のマイナス側はGNDに対して電位を持っています. もちろんこのときも,抵抗には+1.5と-1.5との差し引き,3.0Vの電圧がかかります. 電気、電子回路や電子工作で回路図の中に使われるグランドは 豆電球 → 電気回路図に入る での説明通りで、回路の考え方からマイナスに当たるものです。 しかし、アースとも呼ばれたりしています。 なお,GNDは「グランド」と読みます., 聞きなれない言葉が出てきました.ずばり電位という言葉ですね. これを避けるために,記号を使うのです.このような記号を回路記号と言います., さて,電源周辺の記号を読み取ることができるようになりました. 電池のプラス側をGNDとしてみました. 英語で「地面」「分野」などを意味する語。 転じて下記の意味に用いられる。日本語においては転訛によりグランドと誤称・誤記されることもあるが、英語のグランド(grand) とは別の語である。. !, 漏電すると放電によって火花が発生します。火花がほこりなどに引火すると火災につながることも。漏電を疑ったら、すぐにプロに相談しましょう!, 記事の内容はいかがだったでしょうか?この記事がお役に立ちましたら、下の星ボタンで評価してください。, https://www.seikatsu110.jp/electrical/et_short_circuit/22553/, 電気機器を設置・接続する際に「グランド」という用語を聞いたことはありませんか。とくにスピーカーやAVアンプなど音響機器を設置する際にはグランド(GND)が音質にとって重要な役割を果たします。しかしそもそもグランドとは何でしょうか。また、グランドは英語で「地面」。すると接地やアース線とは何が異なるのかも気になるところ。今回はグランド(GND)に関して、その基礎から確認していきたいと思います。. •½¬21”N9ŒŽ27“ú@@@i‚P‚X‚W‚X”N‚Ì“¯“úA‰¡•lƒxƒCƒuƒŠƒbƒW‚ªŠJ’Ê‚µ‚Ü‚µ‚½Bj. しかし右側にはたくさんの抵抗が並列つなぎになっていますね. 今回は電気電子回路図の読み方を学びます. 出力電圧保持時間とは SWオフなどにより電源の入力が遮断されると(上図のt1)、入力電圧VINが低下します。 入力電圧VINが低下しても、入力コンデンサが電力供給元となり回路が動作するので出力電圧は低 ... © 2020 Electrical Information Powered by AFFINGER5, グランド(GND)は回路動作の基準となる電位を表すため、回路図には必ず必要となります。, 一番安定している電位は地球の大地です。大地に接続することができない場合は、容量の大きな導体に接続することが望ましいです。容量が大きいほど、電流の変化による電位の変化が小さくなります。, 飛行機は接地(アース)をすることが不可能なので、最も大きな導体である飛行機の機体が基準電位となります。, 自動車は接地(アース)をすることが不可能なので、最も大きな導体である自動車の機体が基準電位となります。. B 簡単な回路が作れるようになり,更なるステップアップを目指したとき,もう一度「GND」について学んでみると良いでしょう.. 時間365 回路図に慣れてきている人は,不思議に感じるかもしれません. マイコン周辺で使用する電気回路は直流回路ですのでそれほど難しくなく、オームの法則を知っていれば理解できるものです。ただし、教科書に記載している回路とは多少表記の仕方が違うためまず慣れる必要はあります。, 回路は当然すべてつながっているのですが、表記では電源電圧とグランド(GND)を分離した略図で表記しています。電源電圧から何らかの回路(負荷)を通ってグランド(GND)に戻っていくのを連続で繰り返しています。, 下図左が教科書などにある回路図というより配線図です。実際の回路を扱う上ではグランド(GND)の考えが必要となり、下図真ん中の形になります。実際の図面ではこれを簡略化して下図右のように表します。, ここでグランド(GND)という概念がでてきました。マイコン回路ではグランド(GND)は回路の基準電位となります。電位とは基準に対して電気的にどれくらい高いか低いかを表すもので単位はVです。2点の電位の差を電位差あるいは電圧といいます。, 電源電圧などはこのグランド(GND)の基準電位に対する電位差のことですので、グランド(GND)の電位を基準値0Vと定義するとわかりやすいです。ただし、グランドの電位は絶対的な電位0Vではなくあくまで基準値としての相対的な0Vであることを頭のすみに置いておいてください。, グランドとかアースといった概念はとても奥が深いため、実際のマイコン周辺の回路設計においては実用的な機器を構成するためにはとても重要なポイントです。, マイコン周辺の回路図では電源とグランドを分離して表記することが多いです。マイコンはデジタル回路なので電気信号は電源電圧レベルのVdd(デジタル回路での一般表記)とグランドレベルのVss(デジタル回路での一般表記)かのどちらかです。また、デジタル論理では信号レベルがVddの場合1またはHレベル(High)で、Vssの場合0またはLレベル(Low)であるといいます。, 次のデジタル基本回路で動作を見てみましょう。基本回路1では電源側(Vdd)に負荷抵抗Rが、グランド側(Vss)にスイッチが接続した構成です。スイッチON/OFFの状態で回路中間点の電位がどのように変化するでしょうか。, スイッチがOFFの場合は負荷抵抗には電流は流れません。したがって抵抗の両端には電圧はかかっておらず中間点の電位は電源電圧と同じです。つまり1(Vdd)です。スイッチがONになると負荷抵抗に電流が流れ中間点はスイッチのグランド側(Vss)と等電位になります。つまり0(Vss)です。, 基本回路2では基本回路1の負荷抵抗とスイッチの位置が入れ替わった回路です。基本回路1と同様に動作をたどってみるとスイッチがOFFでは中間点の電位は0(Vss)、スイッチがONでは中間点の電位は1(Vdd)となります。, 電気回路で負荷抵抗Rというものが必要です。上図の場合、負荷がなければスイッチをONにした瞬間に短絡(ショート)してしまいます。負荷Rの値は下記「入力プルアップ・プルダウン回路」で解説しています。, 0か1の信号はそれぞれグランドレベルVssと電源電圧レベルVddです。下記の二股スイッチによる回路がデジタル入力を簡易的に表したものです。電源電圧側で入力1(Vdd)、グランド側で入力0(Vss)となります。, 実際マイコンに入力として接続されるものにはセンサー出力やスイッチの接点などでそのままでは電圧を発生しないものがあり、電源直結の二股スイッチのように接続するだけで入力ポートに0と1の信号を直接与えられません。このような場合はどうすればよいでしょうか。, 入力としてスイッチあるいはセンサー出力の一方がグランドレベルVssであるシンク出力タイプ(コラム参照)を接続する場合、スイッチONでは入力ポート状態は0となりますが、なにもしない状態、つまりスイッチOFFではどこにもつながっていないため入力は不定(浮いている:フローティング)の状態です。, スイッチOFFのときに入力ポート状態を1とするためにはプルアップ抵抗を使用します。プルアップ抵抗があると入力が何もない状態でも入力ポートへの状態は1に確定されます。, 入力としてスイッチあるいはセンサー出力の一方が電源レベルVddであるソース出力タイプ(コラム1参照)を接続する場合、スイッチONでは入力ポート状態は1となりますが、なにもしない状態、つまりスイッチOFFではどこにもつながっていないため入力は不定(浮いている:フローティング)の状態です。, スイッチOFFのときに入力ポート状態を0とするためにはプルダウン抵抗を使用します。プルダウン抵抗があると入力が何もない状態でも入力ポートへの状態は0に確定されます。, プルアップ・プルダウンの抵抗値は300Ωから100kΩくらいのもので本来はこの値は適当にきめるものではないのですが一般的に10kΩ程度をなんとなく使用している人も多いと思います。, 値が大きいと負荷に流れる電流は小さいために消費電力は小さくなる利点があります。ただし値が大きすぎると小さな電流でも抵抗器で電圧降下が発生してしまうために、入力電圧はVddより下がります。, マイコン入力はC-MOSで構成された回路で高インピーダンス(コラム2参照)といって電流は発生しにくいためにこの電圧降下は考えなくてもよいので大きめの値でも大丈夫です。ただし、大きすぎると微小な電流の変化で電圧降下の変化分が大きく増幅されるかたちになるのでノイズの影響を受けやすいともいわれます。入力インピーダンスは入力抵抗のようなものでマイコンの仕様書で確認できます。, マイコン以外の回路ではプルアップ・プルダウン抵抗値は次段の回路に必要な駆動電流を考慮して決めます。駆動電流が小さすぎると動作しない部品もあるからです。最終的には抵抗値はバランスを考えて決定すればよいのですが、他で実際に使用されているものを参考するのがよいと思います。, ここで、シンクとソースということばがでてきましたが、ソースは負荷が電圧源に接続しているタイプで、シンクは負荷がグランドに接続しているタイプです。, インピーダンスとは交流も含めた回路おける抵抗(電流の流れにくさ)です。コイルやコンデンサは周波数によってインピーダンス(電流の流れにくさ)が変わります。専門的になりますが、位相というものも変化します。周波数が大きくなるとコイルではインピーダンスは大きくなり、コンデンサでは逆に小さくなります。直流回路では抵抗そのものです。, マイコンの出力にはC-MOSとよばれる半導体のスイッチング素子で構成されています。C-MOSの動作をみるまえに半導体のスイッチング素子についてみてみましょう。, 半導体スイッチの基本はトランジスタです。トランジスタは微小な信号を増幅して大きな信号にする増幅器として使われてきましたがマイコンを始めとするデジタルの世界ではスイッチの役割で使用します。, トランジスタはベースB、コレクタC、エミッタEなる3つの端子で構成されています。ここでは下図に示すNPN型トランジスタで話をすすめます。, ベースBに適当な負荷抵抗を介してベース電流IBを流すとコレクタCからエミッタEにコレクタ電流ICが流れます。ベース電流IBに対してコレクタ電流ICは数100倍になることがあります。トランジスタが増幅器とよばれる理由はこの微小な電流IBを大きな電流ICに電流を増幅するからです。(ただし大きな電流を流すコレクタにはそれ相当の電源を接続している必要があります。), 微小なベース電流IBを細かくコントロールするとその大きさに比例してコレクタ電流ICも比例します。ベース電流IBがあるところまで達するとコレクタ電流ICは頭打ちとなってそれ以上は大きくなりません。これを飽和したといいます。, アナログ回路の増幅器では飽和するまでが大事なのですが、スイッチとしてのトランジスタはこの飽和した状態でコレクタCとエミッタEが導通の状態を使用します。つまり、ベース電流IB=0でIC=0 のトランジスタOFF状態、ベース電流IBがONにするためのしきい値ION以上でトランジスタON状態の2通りを使用します。, トランジスタはベース電流IBによりON/OFFを切り替える電流駆動のスイッチになるのです。, これまでは半導体スイッチの基本であるトランジスタで説明してきました。実際にマイコンのスイッチにはトランジスタのかわりにMOSFET(電界効果トランジスタ)が使用されています。, トランジスタが電流を増幅する電流駆動のスイッチであるのに対して、MOSFETはゲートに電圧をかけると抵抗値が変化する電圧駆動のスイッチであるものだと理解してください。, MOSFETのゲート入力インピーダンスは高いために駆動電圧をかけても電流はほとんど流れません。つまり消費電力が小さくマイコン内部のスイッチとしてはこちらの方が集積回路として効率がよいのです。, マイコン用スイッチとしてMOSFETはトランジスタより有利ではあるのですが、静電気には弱い特性なのが欠点です。マイコンが静電気には弱いICであるのはMOSFETで構成されているからです。, トランジスタとMOSFETは特性の差はあれ半導体スイッチとしての動作はほぼ同じものとしての理解でよいと思います。マイコンに使用されている回路はMOSFETですので今後はこちらで話をすすめていきます。, マイコン汎用出力ポートは1(High)か0(Low)の情報を出力します。プッシュプル出力タイプと呼ばれているものはデータ1を出力するときに、出力ピンが1(High)、データ0を出力するときには出力ピンは0(Low)のどちらかの電圧レベルを出力します。, 対して、オープンドレイン出力では出力データが0のとき出力ピンは0(Low)となるのですが、出力データが1では出力ピンは電圧不定の浮いた状態のタイプです。汎用出力ではこの2種類が利用できますので、用途に合わせて選択します。, マイコンの出力回路はMOSFETのP型であるP-MOSとN型であるN-MOSを対称に構成したC-MOS(Complementary MOS)回路で構成されています。マイコン出力が1(High)のときはP-MOSがONとなり対称のN-MOSはOFFとなります。マイコン出力が0(Low)のときはP-MOSがOFFとなり対称のN-MOSはONとなります。つまり、プッシュプル出力の回路です。, C-MOSプッシュプル出力回路に負荷としてLEDをシンク接続した回路の動作をみてみます。, マイコン出力が1(High)であるとP-MOSはONになり電源Vddに接続します。N-MOSはOFFになって切断されます。その結果、出力ピンは1(High)となるためLEDには電流が流れ点灯します。, マイコン出力が0(Low)であるとP-MOSはOFFになり電源Vddとは切断されます。N-MOSはONになってグランドVssに接続されます。その結果、出力ピンは0(Low)となるためLEDは両端がVssに接続したことなり消灯します。, C-MOSプッシュプル出力回路に負荷としてLEDをソース接続した回路の動作をみてみます。, マイコン出力が0(Low)であるとN-MOS はONになりグランドVssに接続します。P-MOSはOFFになって切断されます。その結果、出力ピンは0(Low)となるためLEDには電流が流れ点灯します。, マイコン出力が1(High)であるとN-MOSはOFFになりグランドVssとは切断されます。P-MOSはONになって電源Vddに接続されます。その結果、出力ピンは1(High)となるためLEDは両端がVddに接続したことなり電流が流れないため消灯します。, 出力にオープンドレインを選択した場合はP-MOSが無効で使用されないと考えればよいです。, このため、マイコン出力が1(High)であるとN-MOSもOFFで出力ピンはどこにも接続されていない浮いた状態となります。マイコン出力が0(Low)であるとN-MOS はONになりグランドVssに接続するため出力ピンは0(Low)となります。, マイコンの出力ポートはC-MOSで構成されている回路です。このC-MOSの出力ピンには許容可能な最大電流が決められています。STM32マイコンの場合は各ポート単位で8mAまでとしておいてください。, 負荷に流れる電流がLEDのように小さいものならば出力ピンに直接接続して使うことができますが、出力で駆動したい負荷(出力につないで使いたい負荷)はLEDのような小さな駆動電流で機能する抵抗負荷ばかりではありません。, 例えば、リレー、モーターのような誘導負荷やヒーターのような駆動電流の大きな負荷などがあります。また、一つ当たりの負荷容量が小さいLEDの場合でも個数が多い場合はマイコンの許容電流を超えてしまいます。このような場合は、マイコンと負荷の間にインターフェース回路を設けて駆動します。, トランジスタをインターフェースとしてLEDを駆動する回路を見てみましょう。マイコン出力ポートが1(High)のとき、トランジスタにベース電流が流れONとなり導通します。その結果LEDに電流が流れONします。, トランジスタには電流増幅機能がありますのでベース電流に対して負荷LEDに流せるコレクタ電流は電源容量で許される限り大きなものが流せます。つまり、ベース電流は小さいものですむためマイコンの許容電流を気にせず負荷電流を流せるようになります。, マイコン出力にフォトカプラというインターフェースを介して負荷を駆動する回路を見てみましょう。, フォトカプラは入力側と出力側が電気的に絶縁している素子です。入力側の電源と出力側の電源を別のものにすることで、負荷側で発生したノイズを分離してマイコンの誤作動を防ぐことが可能です。, フォトカプラは入力側の発光ダイオードを駆動して、出力側のフォトトランジスタをON/OFFするスイッチです。出力側トランジスタの許容範囲で負荷を駆動することができます。, フォトカプラによる出力インターフェースではマイコン出力によりフォトカプラ発光ダイオードを駆動して出力トランジスタをONにします。駆動電流IFは抵抗器Rによりを調整します。, フォトカプラによる入力インターフェースでは外部スイッチ等によりフォトカプラ発光ダイオードを駆動して出力トランジスタをONにします。駆動電流IFは抵抗器Rによりを調整します。, トランジスタをインターフェースとした場合と似ていますが、フォトカプラは入力と出力が電気的に絶縁しているところが異なります。フォトカプラの仕様にもよりますがトランジスタの場合に比べて電流増幅率はそれほど大きくありませんので選定時には仕様書で負荷電流をよく調べる必要があります。, 産業機器ではセンサー類などの入出力機器とマイコンとは電源を分離して使うこと多いです。高価なセンサーなどの機器側の電源とマイコン側の電源はノイズなどの影響を考慮して分離して使うのが鉄則です。, 機械制御に特化した組み込み機器の一種であるPLC(Programable Logic Controller)では出力タイプはトランジスタ、リレーなどがあるのですが、内部のマイコンとはフォトカプラで分離しておりノイズに対して堅牢なシステムとなっています。, 図ではフォトカプラを介してリレーを駆動している回路です。リレーは入力コイルに与える電圧・電流信号により接点の開閉をおこなうものです。プログラムで自動的にスイッチを切り替えるなどの電気回路ではリレーを使うと便利です。, リレー入力のコイルは誘導負荷というもので逆起電力が発生するために、マイコン出力で直接駆動することはできません。そこで、フォトカプラを介してリレーを駆動します。図では動作を説明するための簡略図で、実際にはコイルで発生する逆起電力のための保護ダイオードなどが必要です。, リレーは有接点と呼ばれ、負荷側の接点を機械的にON/OFFします。そのため、接点の消耗があり、開閉数に応じて交換する必要があります。この機械的に構成されたリレーに対して半導体で構成された無接点リレーがSSR(Solid State Relay)です。機械的な接点ではないため、動作速度が速い、接点が摩耗しないなどの特徴があり、ヒーターなどの制御によく使われます。, DCモーター、ステッピングモーターなどを制御する場合、トランジスタなどの半導体スイッチを組み合わせた回路を構成して駆動するのですが、すべて機能がワンパッケージに内蔵された専用ドライバーICを使用するのが便利で構成部品も少なく、性能およびコスト面で有利です。, ドライバーICの入力側は各ドライバーの仕様に合わせたものを与えればよいだけです。実際の開発にあたっては対象のモーター仕様が決まり次第、性能、価格そして流通性(取得のしやすさ)を踏まえて市販のドライバーICを選択します。, マイコンのIOポートには保護ダイオードが内蔵されていますが、これはクランプ回路と呼ばれています。信号の過電圧(サージ電圧など)や静電気放電(ESD)などから回路を保護します。, ダイオードが図のような構成であることで、IOポートの信号電圧はVss(GND)からVdd(電源電圧)の範囲をこえたものであっても範囲内に制限されます。, モーメンタリはスイッチのボタンを押している間だけ、ON状態になりボタンから手を離すとOFF状態に戻ります。モーメンタリ”Momentary”は「一時的」や「瞬間的」といった意味です。, オルタネイトはボタンを一度押すとON状態になり、手を放してもON状態を保持します。もう一度ボタンを押すとOFF状態になります。自己保持タイプのスイッチといいます。オルタネート“Alternate”とは「交互」や「かわるがわる」といった意味です。, マイコンの入力ピンに接続するスイッチはモーメンタリ動作するタイプであれば、カウンタ、タイマーと組み合わせていろいろな機能をもたせることができるようになります。. それは,GNDはその回路の基準電位であるということです. 別の記事があるのでそちらの参照をお願いします。 だから、マイナス=グランド(gnd)という考えはやっぱり捨て去り、gndを元に電気回路を理解するようにしましょう。 アースとグランドを混同している方へ. 運動場もしくは競技場のこと。→ 運動場・競技場 「電圧」という言葉と似ていますが,異なった概念です. やさしく,教えてあげましょう., いかがでしょうか. 電池の作り出す電圧が1.5Vなら,電池のプラス側は1.5Vの電位であると言えます., GNDは回路の設計者が自由に作ることができるので,もちろんこんなこともできます. VCC記号同士は全てつながっており,GND記号同士も全てつながっています. まだピンと来ていない人もいるかと思いますが,「GND」は回路図を読み解く上で,もっとも重要な要素と言えます. ひとくちにレベルシフト回路といっても様々な構成があるようですが、本頁ではレベルシフト回路の構成まとめで記載した構成のうちデジタル信号のレベルシフト回路についてその動作原理を説明します。 レベルシフト回路(プルアップ抵抗) 集積... 基準となる電流・電圧を作成するための幾つかのバイアス回路の特徴をまとめます。バイアス回路を選ぶ際の参考になればと思います。BGRやConstant-gm回路が基本だと思いますが、要求される精度や用途次第では抵抗分圧を使用する場合もあります... 基本的なバイアス回路であるBGRですが、その回路構成は代表的なものが幾つかあります。ここでは、それぞれの特徴や用途をまとめておきたいと思います。 なお、どの回路構成でも基本的なコンセプトは一緒です。これに関してはBGR回路の原理に記... VtoIは入力のアナログ電圧信号を電流信号に変換します。変換すると言っても何でもいいわけではなく、その際に重要になるのが線形性です。つまり、理想的には比例定数$R$として$IR=V$が成り立つよう変換します。 VtoIの用途としては... BGR(Bandgap Reference)は電源電圧、温度、プロセスに依存しない絶対的な基準電圧(あるいは電流)を生成する回路です。その基準電圧は電源回路やコンパレータのリファレンスに使われ、基準電流はアンプやバッファなどの様々なアナロ... V-to-I (Voltage to Current Converter)について. ここで,直列につないだ電池と電池の間(B点)をGNDとすると,A点は+1.5Vの電位,C点は-1.5Vの電位と見ることができます. この回路図はたいていの場合,以下のように表記されます. Powered by WordPress with Lightning Theme & VK All in One Expansion Unit by Vektor,Inc. 例えば,こんな回路図があります. (この記事は2019年1月25日に加筆・修正しています), 「生活110番」編集部の田中です。生活110番は、電気工事から害虫駆除、カギ開けやペット葬儀まで、140ジャンル以上の暮らしのお困りごとに対応します。私たちはこの「生活110番」を通じ、皆さまのお困りごとをスピーディに、安心の品質と価格で、解決するお手伝いをしています。, 通話料無料 24 電気機器を設置・接続する際に「グランド」という用語を聞いたことはありませんか。とくにスピーカーやAVアンプなど音響機器を設置する際にはグランド(GND)が音質にとって重要な役割を果たします。しかしそもそもグランドとは何でしょうか。また、グランドは英語で「地面」。すると接地やアース線とは何が異なるのかも気になるところ。, グランド(GND)を簡単に説明すると、電圧の基準を決める部分です。しかしそれだけではわかりにくいので、もう少し細かく見ていきましょう。, 電気機器を使うためには電流を供給する必要があります。しかし電流は水道管やガス管のように一方通行ではなく、電源へと戻っていくルートを用意しなければ流れていきません。また「電気を押し出す力」も必要になります。, この電気を押し出す力が「電圧」です。難しいのは、電流は電圧の差によって生まれる点。つまり100Vから0Vのところに流れますし、100Vから80Vのところへは差となる「20V」分が流れていきます。, このとき電圧の基準を作るのが「グランド(GND)」です。イメージしやすくするため、新幹線とその中を走る人との関係で見てみましょう。, たとえば東京駅で停車中の新幹線内を最後尾から先頭の車両まで走り抜けたところ、3分かかったとします。これを時速270kmで走る車内でおこなったとしても同じ3分です。しかし地上にいる人から見ると一瞬で走り抜けたようにみえます。, これはなぜか、といえば「見る基準」が違うから。停車中の新幹線では地上=車内という関係があるため、どちらから見ても同じ速さで走っているように見えます。しかし新幹線が走行している場合、地上からは新幹線が加速しているぶん速く走っているように感じられるのです。一方車内で見ている人にとっては自身も時速270kmで動いているため、その差、つまり走っているぶんしか感じられません。, また地球は1日におよそ1周するように自転しています。つまり宇宙から定位置で見ている人にとっては、さらに高速で動いているように見えることでしょう。, このように「基準」によってその人の速さは異なります。しかしその人が実際に走った、という事実を見るには「新幹線車内」を基準にした方がより実態に合っているのです。, 同じように電圧にも「基準」を設けるほうがより実情に即した考え方をすることができます。これが「グランド(GND)」の基本的な概念です。, この「グランド(GND)」部分は、電気器具から電源から戻っていく部分に設定することが多いといわれています。というのは回路にとって一番電圧がかからないところであり、ここを「0V」として組み立てることで回路の電圧が理解しやすくなるから。, また最終的に電流が合流するところということもあり、スムーズに流れなければそこで渋滞することになってしまいます。そのためにできるだけ多くの電流を通すように、できれば短い距離になるように設計されることが多いです。実際の電流はプラスからマイナスではなく、電子がマイナスからプラスへと移動するという逆の流れですが、概念としてはプラスからマイナスの流れがわかりやすいでしょう。, よく混同される概念として「グランド(GND)」と「接地(アース)」があります。確かにその2つは似ているものの、本来は別のものです。, 「電圧の基準」として使われるのが「グランド(GND)」というのは先ほど解説しました。そのため1つの基準を機器間で共有すれば、実用面としては問題ないといえます。, しかし機器が多くなってくるとその基準を合わせるのは大変です。そのため、地球上でもっとも安定した電圧を基準(0V)に持っていきます。それが地面。そこでグランドとなる部分から地面へと接地(アース)し、安定した0Vの基準にすることも多いのです。, このため「グランド(GND)」を考えるために地面へと接地し、0Vを設定することは多くなっています。しかし「グランド(GND)=接地(アース)」ではないことを押さえておきましょう。, では、グランド(GND)や接地(アース)が使われる場面としてどのようなものがあげられるでしょうか。, 音響機器は音を電気の強さに変換してやり取りしています。つまり「電圧」を扱っているということ。しかし音を電圧に変える以上、無音の基準となる電圧を設定しなければなりません。一方で基準の電圧が異なると処理がうまくいかず、音のゆがみやノイズとしてあらわれてきます。, このとき同じ「グランド(GND)」をスピーカー・アンプやマイクなどの入力機器で共有すれば、同じ基準で音を伝送することができるようになります。つまり電圧差の影響を最小限に抑え、きれいな音を出力することができるのです。, このとき、地面へと接地されたアース線を利用して「グランド(GND)」を設定することが少なくありません。すると「グランド(GND)=接地(アース)=0V」という関係性が成り立ちます。, 日本の100Vコンセントは一般的に、左側の穴が右側よりも少し長くなっています。この長い穴も基本的に「グランド(GND)」です。, 交流の場合周期的に電流の方向が入れ替わるため、「陽極(プラス極)」「陰極(マイナス極)」の概念がありません。しかし電圧は強い方から弱い方へと流れることは同じです。, しかし両方へ同時に電圧をかけ、一緒に変化させるのは困難を伴います。そのため長い穴の配線には電圧をかけず「グランド(GND)」とするのです。一方で短い穴につながる配線の電圧を100Vから-100Vまで周期的に変化させます(正確には約140Vから約-140V)。こうすることで電流が流れるという仕組み。0Vと-100Vでは-100V側へと電気が流れるため、コンセントを逆に差し込んでもほとんど影響がないのもこれが理由といえるでしょう。, 一方でコンセントの長い穴は変圧器故障時に過電流を逃がすため、変圧器近くで地面へと接地されています。そのためコンセントの左側の穴は「アースである」ともいわれるのです。このことから音響機器やテレビでは接地代わりにしていることも多く、コンセントを正しい向きに差し込むだけでノイズが解消されることも。, 空を飛ぶ飛行機やタイヤで地面と離れる自動車では地面を基準とするグランド(GND)(接地(アース)を取ることができません。この場合、これらのなかでも一番安定している金属の構造部分を「グランド(GND)」にします。すると飛行機内や自動車内の電圧基準が統一され、機器が安定して動作するようになることも多いです。, グランド(GND)や接地にはいくつかの種類があります。それぞれ解説していきましょう。, パソコン内部のマザーボードやそのほか電子機器の制御盤など、電子回路を含む回路の基準となる電圧です。回路の戻り部分に当たり、回路間の電圧を安定させるためのものなので通常は接地(アース)を取りません。, シグナルグランドのなかでもとくに電圧の安定を求める場合、地面の電圧を基準にするために接地(アース)をおこないます。これがシグナル接地です。, 機器の部品間で電圧の調整をする際、もっとも安定しており基準にしやすいのが「金属製の骨格部分」です。また軽量化の視点から「電源に戻っていく配線」を省略したい意図もあり、フレームグランドが利用されることも多いです。, 骨格部分が基準(0V)になるからといって、地面と同じ電圧であるとは限りません。するとフレームグランドを使っている機器に触れた場合、身体を通じてフレームグランドと地面の間へ電流が流れるおそれがあります。この感電事故を防止するために接地(アース)をおこない、フレームの電圧を地面に合わせるのがフレーム接地です。, 逆にフレーム接地をおこなわない例として先ほどご紹介した、空を飛ぶため設置が不可能な飛行機・絶縁体のタイヤを支えに地面から少し高い位置で走る自動車などがあげられます。, 電圧の基準作りとは別の観点から行われるのが保安グランド(保護接地)と呼ばれるものです。保安グランドの場合、主となるのは安全性。つまり電気が漏れたときの安全性を確保するためにおこなわれるもので、通常「アース」といえばこれを指します。, 回路の破損などで誤って電気機器の表面に電圧がかかった際、人体など「地面との間に経路が生まれる」と電気が漏れてしまいます。これを漏電といい、流れる電流が大きいと生命の危険に関わる事態へとつながっていくのです。, しかし「地面と電気機器表面をつなぐ、人体より流れやすい経路」があればそちらへと優先的に電気が流れ、感電の被害を最小限に抑えることができます。これがアース線と呼ばれるもの。また漏電ブレーカーがあればアース線に電流が流れたことを検知し、電気を止めることも不可能ではありません。, では、グランド(GND)や保安グランドを利用する際に接地をおこなう際の注意点としてどのようなことがあげられるのでしょうか。, 地面といえども、土の湿り気・温度などの要因で電気的性質が変わります。そのため電気を通しやすくなる、湿気のある場所へなるべく接地をおこなう必要があるのです。, また従来は水道管の多くが金属製だったため、水道管につなぐことで接地の代わりにするということも多くおこなわれていました。しかし近年では塩ビ管に置き換えられていることが多いほか、電流が流れることによってサビなどを促進する要因となるため避けましょう。当然ながら、引火の危険があるガス管へつないではいけません。, 地質なども接地に影響します。たとえばもともと水田だったところであれば水分が多く含まれており電気を通しやすい一方、山肌を削って造成したようなところでは比較的電気を通しにくくなります。そのためアース棒の長さを長くしたり、複数のアース棒を組み合わせて利用するなどの工夫が必要です。, こうした作業は私たち素人では困難です。漏電改修のプロなど、専門知識を持った業者に依頼しなければならない場面も多いでしょう。とくに漏電時の安全を確保する保安グランドの場合、接地には電気工事士の資格が必要です。, 地面の状態によって電気的性質が変わるため、同時に使う機器の接地はできるだけ1つのアースにまとめましょう。また保安グランドなど漏電防止用途であってもできればまとめたいところ。, というのは、先ほどから触れている通り地面であっても電気の通しやすさに微妙な違いがあるからです。また落雷で瞬間的に地面の電圧が上がることがあり、複数のアースが同じ回路で使われていると機器へ逆流しやすいことも大きな理由になります。, グランド(GND)はあまり馴染みのないことばで、「グランド=地面」という発想から接地(アース)と混同してしまうことも少なくありません。しかし実際のところは「接地はグランドの1種」。語のイメージとは逆だった、という方も多いでしょう。, ただグランド(GND)を接地する際のアース工事は地面の状況によって工事方法が変わるなど、専門知識が必要になってきます。とくに漏電対策としての保安グランドを設置する場合は漏電改修のプロなど専門知識を持った業者へ依頼し、安全かつ確実におこなってください。, 依頼できる業者や料金について、詳しくは「生活110番」の「漏電改修」をご覧ください。 レベルシフト回路とは入力信号と同じ波形で、異なるDC電圧値を出力する回路です。デジタル領域から入力された低電圧デジタル信号をアナログ領域の電圧に変換したり、アナログ電圧を動作点調整のために少しシフトさせたりすることができます。, 上の例では、1.2V電源下のinverterと言えど3.3Vが入力されるので、デバイスの絶対最大定格を超えないよう注意する必要があります。3.3V下のインバータと同じデバイスを1.2Vでも使用すれば大丈夫です。, 低電圧から高電圧への変換時にも、もし前段の出力電圧が後段インバータの閾値電圧を超えていれば、同じ構成で使用可能です。, ただし、PVT変動時に閾値電圧を下回ることがないかとか、正常に機能したとしてもリーク電流が問題ないかなどは見ておく必要がありそうです。通常は次に紹介する構成のレベルシフト回路を使用します。, Vin=Hとなると、M3がオンしてM2のゲートが LとなってM2がオンし、Vout=Hとなります。同時にM1はオフするのでM2のゲートはより強くLとなります。, 入力はデジタル信号ですが、回路自体はアナログ回路なので注意深い設計が必要となってきます。動作原理はこちらに記載しています。, レベルシフト回路で調べてみると下記の構成について述べてあるサイトが幾つかヒットしたのでこちらでも一応記載しておきます。MOSFETではなくバイポーラだったりしますが原理は同じです。, 要は、プルアップ抵抗RとMOSFET抵抗での分圧で出力しているだけです(もうすこし詳しい計算はこちら)。, しかし、この構成を集積回路で使うことはまずありません。なぜなら、MOSFETがoffしているときは高抵抗で電流が流れないのでいいのですが、MOSFETがonのときには$I = \frac{5V}{R}$もの電流が流れてしまうからです(集積回路では数十uAという電流でもバカになりません)。Rを大きくすれば電流は抑えられますが、面積がその分大きくなってしまいます。, ディスクリートでは簡単に実装できるというのが利点なんでしょうか。趣味工作でも抵抗とトランジスタがあれば実装できてしまいますね。, DC電圧をおよそ閾値分だけ下げる/上げることができます。電圧を下げたい時にはNMOSを、上げたい時にはPMOSを入力に使用します。, 利得がほぼ0dBで、帯域を広く作ることができます。ただし、レベルシフト量はMOSの閾値とOverdrive電圧の和$V_{th} + V_{ov}$で決まり、このうち$V_ov$は利得にも影響してしまうため、ほとんど自由度はありません。, ソースフォロワの小信号利得は次式で与えられます。$$A = \frac{g_{m}(r_{o} \parallel R)}{1 + g_{m}(r_{o} \parallel R)}$$ここで$g_{m}, r_{o}$はM1のトランスコンダクタンスと出力抵抗、$R$は電流源の内部抵抗です。, もし、M1の基板がグラウンドあるいは電源に固定だと、基板バイアス効果による抵抗$1/g_{mb}$が$r_o$に並列に見えてしまい利得が下がってしまいます。そのため上図では基板とソースをショートさせています。ただし、NMOSのp基板をグラウンド以外に接続するにはdeep nwellの中におく(トリプルウェル)必要があります。, 通常、UGAは左側(M1, M3)と右側(M2, M4)を対称にしますが、あえて非対称にしてオフセットを持たせることでレベルシフトすることができます。レベルシフト量はM1とM2のバランスによって決定できます。, AC信号に対しては使いどころが難しい感じですが、DC信号のレベルシフトに対しての用途はありそうです。, レベルシフトとは言わない気もしますが記載しておきます。AC結合(AC coupling)は入力のDC成分はカットし、出力側で任意の電圧Vbにバイアスします。, 入力から出力への利得はCとRの分圧で得られます。$$A = \frac{R}{R + \frac{1}{2\pi fC}}$$, この式からも分かるように、低周波で高利得とするには大きなCが必要で、大きな面積が必要になることがあります。また、バイアス電圧Vbが安定するまでに入力信号が入ってくると、想定外の電圧がVoutに出力されてしまいデバイス破壊などのリスクがあったりするので注意が必要です。, 次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。. これがもし,100個も並列つなぎをするならば,回路図は複数枚になるでしょう. 電気電子回路入門者の多くは「GNDは電池のマイナス」と覚えてしまっているからです. 電気電子回路を触っていて,GNDの概念が分かっていないと,必ずいつかつまずきます. ただし,一般的な回路は,電池のマイナス側をGNDとしています. また,このGNDは回路の設計者が自由に作ることができます. 別名 「アース」 「グランド」 「グラウンド」 「gnd」 と言われています。 一般的には、「グラウンド」は、地面と言う認識ですが、 電子回路では、「基準の電位点」という意味で使われることが多いです … といっても,回路図は,単に,電気電子部品同士のつながりを表しただけであり,難しくありません. スッキリしたと思いませんか? 「マイナス電源はどうやって作るの?」と言っている人がいたら,GNDの概念が分かっていません. 一般的な回路図に登場する新たな記号の見方を説明します., 今までに見たことのある回路図と大きく違う最初のポイントは,電源周辺の表記です. この回路図では,電池のマイナス端子がGNDとなっています.このとき,電池のプラス側はGNDに対して電位を持っています. しかし,これは大きな勘違いです. まず電池を直列つなぎにし,抵抗につなぎました. 一般的に,マイナスの電位をマイナス電源などと言います. 電池の作り出す電圧が1.5Vなら,電池のマイナス側は-1.5Vの電位であると言えます. グラウンド(ground) . このとき,電池1個の電圧を1.5Vとすると,抵抗には3.0Vの電圧がかかっています. GNDは,あくまでも回路設計者が設定する任意の基準であり,その回路上のどこに設定しても問題ないのです. 回路は当然すべてつながっているのですが、表記では 電源電圧とグランド(gnd)を分離した略図で表記 しています。 電源電圧から何らかの回路(負荷)を通ってグランド(gnd)に戻っていくのを連続で繰り返しています。 回路図ではマイナスの配線は 実質 一番下の太線の グランド(GND)だけ です。 これは LEDの両端の足にプラスとマイナスをつないで電気を流し、LEDを点灯させるという以上に、全く違う考え方で作られる … Copyright © 即戦力モノづくり!エンジニアへの道標 All Rights Reserved. もちろん,上の回路図とこの回路図が表している回路は全く同じです. また、このグランド(GND)と似たような意味で使用される接地(アース)があります。, この記事では、グランド(GND)と接地(アース)の意味・種類・違いなどを図を用いて詳しく説明しています。, グランド(GND)は『回路動作の基準となる電位』のことですが、『大地への接続』の意味でも使用されることがあります。このように、グランド(GND)を2つの意味に使用していることが混乱が生じる原因となっています。厳密に分けると、『回路動作の基準となる電位』がグランド(GND)で『大地への接続』が接地(アース)となります。, グランド(GND)と接地(アース)には、さまざまな種類があり、分類すると上図のようになります(各種類については後ほど詳しく説明しています)。, 上図から分かるように、『シグナルグランド(SG)、フレームグランド(FG)、フレーム接地、シグナル接地・・・』とかなりの種類があります。, 回路にアナログ回路、デジタル回路、電力回路が混在するときは、シグナルグランドに「A.G.」や「D.G」などと記述し、何の回路のシグナルグランドかを分かるようにします。, 例えば、「A.G.」と記述してある場合には、アナロググランド(アナログ回路のシグナルグランド)であるということになります。, 『回路動作の基準となる電位』が不安定になると、回路の誤動作の原因となります。そのため、グランド(GND)はできるだけ安定していることが重要です。, グランド(GND)には、フレームグランド(FG)、シグナルグランド(SG)、アナロググランド、デジタルグランド、パワーグランドの種類があります。, 『製品の金属製の筐体(シャーシ)』が『回路動作の基準となる電位』であるとき、フレームグランド(FG)と呼ばれています。, 複数の回路が搭載されている製品の場合、回路間で電圧の調整をするためには、各回路において、基準となる共通の電位が必要となります。, そこで、各回路を筐体(シャーシ)に接続することで各回路動作の基準となる電位を筐体(シャーシ)に統一することができるのです。, フレームグランド(FG)と区別するために各回路のグランドをシグナルグランド(SG)と呼ぶ場合があります。, そのため、シグナルグランド(SG)とは、『回路動作の基準となる電位』のことを指します。, アナログ回路、デジタル回路、大きな電力を扱う電力回路が混在する回路の場合、それぞれの回路の性質に合わせてシグナルグランド配線を別々に配線し、それを1点で接続することで、他の回路の影響を受けにくくする必要があります。, 1点で接続しない場合、電流の変化の大きいデジタル回路や電流の大きい電力回路のグランド配線の電位が変動し、それが微小な信号を扱うアナログ回路に影響を与えることがあります。, 各回路のシグナルグランドを区別するために、アナログ回路のシグナルグランドを「アナロググランド(AGND)」、デジタル回路のシグナルグランドを「デジタルグランド(DGND)」、電力回路のシグナルグランドを「パワーグランド(PGND)」と呼びます。, アナロググランド(AGND)とは、アナログ回路の『シグナルグランド(回路動作の基準となる電位)』のことです。, デジタルグランド(DGND)とは、デジタル回路の『シグナルグランド(回路動作の基準となる電位)』のことです。, パワーグランド(PGND)とは、大きな電流が流れる電力回路の『シグナルグランド(回路動作の基準となる電位)』のことです。, 電源回路ではYコンデンサを通してフレームグランド(FG)に接続されることが多いです。, 地球上で最も大きな電気の導体は大地です。そのため、接地(アース)することで『回路動作の基準となる電位』を安定させることができます。, フレーム接地とは、「フレームグランドを大地に接続する(接地する)」ことを指します。, フレームグランドが接地されていないと、人間が製品のフレームに触った時、人体に電流が流れる可能性があります。, そのため、電子機器は安全面を考えるとフレームグランドを接地することが望ましいです。接地をすることで感電する危険がなくなります。, 電子機器の電源プラグはニュートラル(N)とライブ(L)のみの2本あれば電子機器を動作させることができますが、電子レンジや冷蔵庫などの電源プラグを見ると緑色の線(アース線)が追加され、3本線になっているものがあります。, これは電子機器の筐体(シャーシ)を大地に接続(アース)するための線です。緑色の線(アース線)をコンセントのアース端子もしくは、専用の地中アース棒に接続する事で接続(アース)することができます。, シグナル接地とは、「回路動作の基準となる電位であるシグナルグランドの電位をより安定化する目的で大地に接続する(接地する)」ことを指します。, 保護接地とは、「人体に対する安全を目的で大地に接続(アース)すること」を指します。, 大地に接続(アース)することで、電子レンジや洗濯機などが漏電しても人体が感電することを防ぐことができます。このグランド記号は電子回路で見かけることはないと思います。, この記事ではグランド(GND)と接地(アース)について、以下の内容を説明しました。, 当サイトでは電気に関する様々な情報を記載しています。当サイトの全記事一覧には以下のボタンから移動することができます。. technology. 電池のプラス側の線がVCCという記号に置き換わり,マイナス側はGNDという記号になりました. これをVCC記号とGND記号に置き換えると,次のようになります. このとき,VCC記号やGND記号を使わないで書こうとすれば,大量の線でグチャグチャになってしまします. 同じ記号はつながっているという意味でした.このときGNDには特別な意味があります. 導体の外に帯電物がある場合 ■導体を接地しない場合 接地をしていない導体Aの外に帯電物C(プラスに帯電)があるとします。この場合、導体内側表面には電荷は存在しません。導体は絶縁体と異なり、電荷の移動が ... 冬場、外に出ると寒いし、空気は乾燥して肌や唇は乾燥してカサカサして粉が吹いたり、喉は痛くなったり、困りますよね。 そもそもなぜ、冬になると乾燥するのかをご存知でしょうか? 日本海側は太平洋側より乾燥し ... 目的 ・パーツボックス自体が導電性なので、静電気がたまらない。そのため、パーツボックスにほこりがくっつかない。また、パーツボックスに近い場所にある電子部品や基板の誘導帯電を防止できます。 ・パーツボッ ... 絶縁には『機能絶縁』、『基礎絶縁』、『付加絶縁』、『二重絶縁』、『強化絶縁』の5種類あります。この記事では各絶縁の意味などを詳しく説明しています。. この「グランド(gnd)」部分は、電気器具から電源から戻っていく部分に設定することが多いといわれています。というのは回路にとって一番電圧がかからないところであり、ここを「0v」として組み立てることで回路の電圧が理解しやすくなるから。 ただし,電磁気学における定義をかなり噛み砕いた表現で説明しており,人によっては違う解釈としている場合があるので,注意してください. しかし,多くの場合,その知識だけでは一般的な回路図を読むことができません. 「電圧」は「電気を送り出す力」という解釈でOKです. 別名 「アース」 「グランド」 「グラウンド」 「gnd」 と言われています。 一般的には、「グラウンド」は、地面と言う認識ですが、 電子回路では、「基準の電位点」という意味で使われることが多いです … ˆÓ}‚µ‚È‚¢‰ñ˜H‚ª¶‚¶‚鎖‚ð‚«‚ç‚Á‚Ä‚¢‚é‚Ì‚Å‚µ‚傤‚ˁB GNDの概念について,少しは理解が深まったのではないでしょうか. アース. 次の回路図を見てください. グランド記号は、電源のマイナスへ接続されることになっています。 【icの電源とグランドは?】 ディジタルICやオペアンプで良く使われるicの場合には、接続ピン 番号が決まっているので、回路図に特に描かない事もしばしば あります。 単に,GNDの位置を変えるだけで作ることができるのです. 電圧と電位は,同じ「力」を示しているので,同じ単位となります., では,GNDの話に戻ります.つまりGNDは,その回路上のある場所の電圧を決めるための基準となる場所を示すのです. それに対して,「電位」は「任意の基準に対する,電気を送り出す力」と解釈できます. グランド(GND)とは、『回路動作の基準となる電位』のことを指します。 必ずしもグランド(GND)が地球の大地に接続されているとは限りません。 『回路動作の基準となる電位』が不安定になると、回路の誤動作の原因となります。そのため、グランド(GND)はできるだけ安定していることが重要です。 グランド(GND)には、フレームグランド(FG)、シグナルグランド(SG)、アナロググランド、デジタルグランド、パワーグランドの種類があります。 回路が複雑になればなるほど,電池に何らかの抵抗を並列つなぎにする場合が多くなってきます. しかし,一見すると,電池と一つ一つの抵抗が独立しているように見えますよね. 左側に電池があり,右側に抵抗があり,それらがつながっています. 小学校の理科で回路図を見たことがあると思います.

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