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コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

コンデンサもすべての電子部品と同様、回路の信頼性と性能を確保するために守るべき動作限界があります。

コンデンサの耐電圧(定格電圧)

定格電圧:コンデンサは本質的に誘電体で隔てられた2導体です。誘電体の耐電圧を超えると内部短絡と不可逆的損傷を招きます。回路で遭遇する最大電圧より少なくとも20%以上高い定格電圧のコンデンサを選定してください。

コンデンサの極性

極性:電解コンデンサなど特定タイプは、製造時に一方の電極に薄い絶縁層を堆積させる構造のため、電圧極性に敏感です。極性を逆にすると誘電体が破壊され短絡します。電解コンデンサには極性矢印やプラス記号で明確にマークされています。無極性タイプ(セラミック、フィルム、マイラー、空気)にはそのようなマークがなく、どちらの方向でも接続可能です。

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

コンデンサの等価回路

等価回路:実在コンデンサは有限の直列抵抗(ESR)と並列漏れ抵抗(RL)を示します。これらの寄生要素はリップル対応、放熱、周波数特性に影響します。現代製造技術ではESRをサブミリオーム級に、漏れ抵抗を1012Ω以上に抑えられ、ほとんどの用途でほぼ理想的なコンデンサとして扱えます。

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

コンデンサの物理サイズ

部品フットプリントの最小化は現代エレクトロニクスの主要目標です。しかし、サイズは定格電圧と静電容量のトレードオフで制約されます。耐電圧を上げるには誘電体厚を増す必要があり、極板面積を拡大しない限り静電容量は低下し、サイズ増大を招きます。したがって、同一寸法でも誘電体選択により静電容量と耐電圧が大きく異なることがあります。

例えば、2000V定格の2µFコンデンサは比較的大型です。誘電体を薄くすれば静電容量は最大100倍に増やせますが、耐電圧は急激に低下します。対照的に、同サイズの電解コンデンサなら超薄誘電体により、35V連続(45V間欠)で20,000µFを実現できます。

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

以下は上記例より小型の各種コンデンサタイプの代表例です:

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

電解コンデンサとタンタルコンデンサは極性があり、明確な極性表示があります。電解タイプは負極側に矢印、一部の極性コンデンサは正極を表示。無極性タイプ(セラミック、フィルム、マイラー、空気)には極性表示がありません。

コンデンサはプリント基板上に至る所で見られます。下の基板では「C」とラベルされたすべての部品がコンデンサです:

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

この基板には標準電解コンデンサ(C30, C36)とタンタルコンデンサ(C14, C19, C24, C22)が搭載され、タンタルは小型で大容量を提供します。

さらに小型の表面実装コンデンサが下の基板に見られ、高密度表面実装設計へのシフトを示しています:

コンデンサ選定と使用の実用的考慮事項

これらのコンデンサと抵抗器を含むすべての表面実装デバイスは、基板面積節約のために選ばれています。

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