■アナログテスターは、測定値を「アナログメーター」で表示します。じつは、このアナログメーターが「直流電流計」そのものなのです。また、直流電流計の動作は、アナログテスターの基本原理ですので、仕組みと構造について少し詳しく解説します。さて、この直流電流計を使って、直流電圧・直流電流・抵抗・交流電圧を表示させます。しかし、電圧や抵抗などはそのまま直流電流計に接続することができません。そこで、アナログテスターでは、電圧や抵抗をオームの法則（電圧[V] = 電流[A]×抵抗[Ω]）により、直流電流に変換しています。すなわち、直流電流を表示することにより、電圧や抵抗を表現していることになります。

■直流電圧計は、直流電流計のパネルを書き替えただけで、同じものだと知っていますか。それはさておき、100μAの電流計は、100μA流れたときに最大目盛値（フルスケール）になります。このとき、電流計のプラスとマイナスの端子間に、電圧が発生します。これは、電流計を構成しているコイルなどが持つ内部抵抗のためです。たとえば、1Vの電圧が発生したとします。オームの法則により、内部抵抗[Ω] = 電圧[V] / 電流[A] = 1.00[V] / 100[μA] = 10.0[kΩ]となります。すなわち、この電流計は最大目盛値100μA、内部抵抗10kΩの直流電流計です。このことは逆に、電流計のプラスとマイナスの端子間に、1Vを加えると100μAが流れフルスケールになるとも言えます。さらに、0.5Vでは、電流[A] = 電圧[V] / 抵抗[Ω] = 0.500[V] / 10.0[kΩ] = 50.0[μA]となり、調度半分です。これは、「100μA→1V」、「50μA→0.5V」などとパネルを書き替えれば、間違いなく1Vの直流電圧計になります。すなわち、直流電圧計の正体は、仮面を被った直流電流計だったのです。

■次に、10Vをかけるとどうでしょうか。電流[A] = 電圧[V] / 抵抗[Ω] = 10.0[V] / 10.0[kΩ] = 1.00[mA]となり、フルスケールは100μA（0.1mA）ですので、完全に電流計が振り切れてしまいます。計算することもなく、1Vの電圧計に10倍の10Vを印加すれば、もちろん振り切れ壊れます。それでは、10Vでフルスケールにするためには、どうしたらいいのでしょうか。そのためには、10Vを印加したときに、電流計に流れる電流を100μAにする必要があります。抵抗[Ω] = 電圧[V] / 電流[A] = 10.0[V] / 100[μA] = 100[kΩ]となり、内部抵抗が10kΩですので、差である90kΩを直列に接続すればいいことが解ります。この抵抗器のことを、倍率器（multiplier resistor）と呼び、次の公式で求めることができます。

R = (m - 1)×r、m = Vm / V

R：倍率器の抵抗、r：内部抵抗、Vm：拡大後の電圧、V：拡大前の電圧

この公式でも、1Vのレンジを10倍に拡大するには、m = Vm / V = 10.0[V] / 1.00[V] = 10.0、R = (m - 1)×r = （10.0 - 1）×10.0[kΩ] = 90.0[kΩ]です。

■また、電圧の測定レンジは、ロータリースイッチ等で倍率器を切り替えて選択します。これは、抵抗器による分圧回路です。電圧計はフルスケールで1Vを受け持つわけです。倍率器は各々、10倍レンジは9V、50倍レンジは9V + 40V、100倍レンジでは9V + 40V + 50Vを担当します。このように分担して1Vの電圧計で100Vまでを測定することが可能となります。

■繰り返しとなりますが、100μAの直流電流計は、100μA流れたときにフルスケールになります。ところで、100μA以上はどうなるのでしょうか。たとえば、10倍の1mAを流したら、前述の電圧計同様、電流計は完全に振り切れ壊れてしまいます。それでは、1mAはどのようにして測ればいいのでしょうか。電圧計のときには電圧を分担しましたが、電流計も同じように電流を分担することを考えます。すなわち、電流計では1/10の100μAまでを、残り9/10の900μAまでを別な回路に流すことができれば、電流計も振り切れず壊れることはありません。そこで登場するのが分流回路です。この抵抗器のことを、分流器（shunt resistor）と呼び、次の公式で求めることができます。

R = r / (m - 1)、m = Im / I

R：分流器の抵抗、r：内部抵抗、Im：拡大後の電流、I：拡大前の電流

たとえば、100μA のレンジを10倍に拡大するには、m = Im / I = 1.00[mA] / 100[μA] = 10.0、R = r / (m - 1) = 10.0[kΩ] / （10.0 - 1） = 1.11[kΩ]です。電流計と並列に1.11kΩの抵抗器を接続します。

■また、電流の測定レンジも、ロータリースイッチ等で分流器を切り替えて選択します。これは、抵抗器による分流回路です。電流計はフルスケールで100μAを受け持つわけです。分流器は各々、10倍レンジは900μA、50倍レンジは4.9mA、100倍レンジでは9.9mAを担当します。このように分担して100μAの電流計で10ｍAまでを測定することが可能となります。

■抵抗の測定は、オームの法則により抵抗[Ω] = 電圧[V] / 電流[A]を活用します。電圧を固定すれば、抵抗は電流に反比例することが解ります。たとえば、電圧を1Vに固定し、先程の電流計と直列に10kΩの抵抗器を接続すると50μA流れることが解ります。電流[A] = 電圧[V] / 抵抗[Ω] = 1.00[V] / (10.0[kΩ] + 10.0[kΩ]) = 1.00[V] / 20.0[kΩ] = 50.0[μA]です。電流計の内部抵抗も10kΩでしたので、フルスケールの半分です。これは、「50μA→10kΩ」、「10μA→90kΩ」などとパネルを書き替えれば、間違いなく抵抗を読むことができます。また、パネル中央から右側は粗い目盛りで、左側が詰まった目盛りとなります。

■抵抗の測定レンジは、電流計と同じように分流器で切り替えて選択します。分流器を追加した電流計の内部抵抗は、見かけ上変化します。見かけの内部抵抗[Ω] = 1 / 内部抵抗[Ω] + 1 / 分流器抵抗[Ω] = 1 / 10.0[kΩ] + 1 / 1.11[kΩ] = (10.0[kΩ]×1.11[kΩ] ) / (10.0[kΩ] + 1.11[kΩ] ) = 11.1[kΩ・kΩ] / 11.1[kΩ] = 1.00[kΩ]となります。すなわち、分流器までを含めた電流計は、最大目盛値1mA、内部抵抗1kΩの直流電流計に見えるのです。電圧を1Vに固定し、直列に1kΩの抵抗器を接続すれば、500μA流れることが解ります。これは、先程のパネル中央「10kΩ」と同じ位置で「1kΩ」を示し、測定レンジは1/10になっています。

■交流電圧の測定では、「整流器」により交流を直流に変換してから直流電圧計を振らせます。そして、測定レンジの拡大も、直流電圧と同様に倍率器を利用します。詳細については、「3-4 家庭用電源の電圧測定」で解説いたします。

【参考文献】

内田 裕之、小暮 裕明 共著『みんなのテスターマスターブック』オーム社、2015年11月20日（第1版第2刷）

『テスターの基礎講座』の目次

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