電子工学において、電圧降下とは、回路を流れる電流の経路に沿った電位の低下のことである。電源の内部抵抗、導体、接点、コネクタにおける電圧降下は、供給されたエネルギーの一部が抵抗によって熱として消費されるため、好ましくない。負荷における電圧降下は、その負荷で他の有用な形態のエネルギーに変換できる電力に比例する。
例えば、電気ヒーターの抵抗が10オームで、電源供給用の電線の抵抗が0.2オーム(回路全体の抵抗の約2%)だとします。これは、供給電圧の約2%が電線自体で失われることを意味します。過度の電圧降下は、ヒーターの性能低下や電線および接続部の過熱につながる可能性があります。
国や地域の電気規定では、配電の効率と電気機器の適切な動作を確保するために、電気配線で許容される最大電圧降下のガイドラインが定められている場合があります。許容される最大電圧降下は国によって異なります。 [ 1 ]電子設計や 送電では、長い回路や電圧レベルを正確に維持する必要がある場所での電圧降下の影響を補償するために、さまざまな技術が用いられています。電圧降下を減らす最も簡単な方法は、電源と負荷の間の導体の直径を大きくして全体の抵抗を下げることです。配電システムでは、より高い電圧を使用すれば、一定量の電力をより少ない電圧降下で送電できます。より高度な技術では、能動素子を使用して過剰な電圧降下を補償します。
オームの法則を用いると、電流と抵抗を掛け合わせることで直流電圧降下を求めることができます。V = I R、ここでVは電圧降下、Iは電流、Rは抵抗です。また、キルヒホッフの法則によれば、直流回路では、回路の各構成要素にかかる電圧降下の合計は電源電圧に等しくなります。
9ボルトの直流電源、67オーム、100オーム、470オームの3つの抵抗器、そして電球がすべて直列に接続された直流回路を考えてみましょう。直流電源、導体(電線)、抵抗器、そして電球(負荷)はすべて抵抗を持ち、供給されたエネルギーをある程度消費し、消費します。消費されるエネルギーの量は、それらの物理的特性によって決まります。たとえば、導体の直流抵抗は、導体の長さ、断面積、材質、温度によって決まります。
直流電源と最初の抵抗器(67オーム)間の電圧を測定すると、最初の抵抗器の電位は9ボルトよりわずかに低くなります。電流は直流電源から最初の抵抗器まで導体(電線)を流れますが、このとき、導体の抵抗によって供給されたエネルギーの一部が「失われ」(負荷に利用できなくなります)。回路の電源線と戻り線の両方で電圧降下が発生します。各抵抗器の両端の電圧降下を測定すると、その値は大きな数値になります。これは抵抗器が消費するエネルギーを表します。抵抗器が大きいほど、その抵抗器が消費するエネルギーも大きくなり、その抵抗器の両端の電圧降下も大きくなります。
交流電圧には、電流の流れに対するもう一つの種類の抵抗、すなわちリアクタンスが存在する。抵抗とリアクタンスの合計をインピーダンスと呼ぶ。
電気インピーダンスは一般的に変数Zで表され、特定の周波数におけるオーム単位で測定されます。電気インピーダンスは、電気抵抗、容量性リアクタンス、誘導性リアクタンスのベクトル和として計算されます。
交流回路におけるインピーダンスの大きさは、交流の周波数と、電気導体および電気的に絶縁された要素(周囲の要素を含む)の透磁率に依存し、これらの要素の大きさや間隔によって変化する。
直流回路におけるオームの法則と同様に、電気インピーダンスはE = I Zという式で表すことができます。したがって、交流回路における電圧降下は、電流と回路のインピーダンスの積になります。
ダイオードやトランジスタの順方向バイアスされたp-n接合では、ダイオードのしきい値電圧をわずかに上回る電圧降下が生じる。このエネルギーは光子として散逸し、発光ダイオードの場合は光子が放出されて可視光となる。