ハッカデイの方法でコンデンサを簡単に

定期的に電子回路を構築する場合は、コンデンサを何度も使用したことがあるでしょう。 これらは抵抗器とともに標準コンポーネントであり、その値は何も考えずに市販されています。 当社はこれらを電源の平滑化とデカップリング、DC ブロック、タイミング回路、その他多くの用途に使用しています。

実際のコンデンサを見る前に、基本から始めて第一原理から静電容量を説明するのが最善です。 理想的なコンデンサは、非導電性誘電体で分離された 2 つの導電性プレートで構成されます。 電荷はプレート上に蓄積する可能性がありますが、誘電体の絶縁性によりプレート間を流れることはできません。 したがって、コンデンサは電荷を蓄えることができます。

静電容量はファラッド単位で測定されます。1 ファラッドのコンデンサは、1 クーロンの電荷を保持しているときに 1 ボルトの電圧を維持します。 ファラドは多くの SI 単位と同様、かなり非実用的なサイズであるため、この記事の範囲外であるスーパーキャパシタの狭い領域の外では、マイクロ、ナノ、またはピコファラドに遭遇する可能性が高くなります。 特定のコンデンサの静電容量は、その寸法と誘電体の特性から公式を使用して導き出すことができます。興味があれば、Wikipedia にアクセスしてみるとよいでしょう。 高校の物理試験の勉強をしていない限り、暗記する必要はありませんが、覚えておくべき重要な点が 1 つ隠されています。 静電容量は、使用される誘電体の誘電率 εr に比例します。これにより、より高い静電容量範囲やより優れた電圧処理特性を実現するために、さまざまな誘電体材料を使用したさまざまなコンデンサが市販されています。

コンデンサに誘電体材料を使用することには問題があり、誘電体の望ましい特性とともに、多くの厄介な副作用が伴います。 実際のすべてのコンデンサには内部寄生抵抗とインダクタンスがあり、小さいとはいえ、コンデンサの動作に影響を与えることがあります。 誘電率は、温度、電圧、圧電性、またはノイズによって変化する可能性があります。 コンデンサの種類によっては、憂慮すべき故障モードが発生したり、びっくりするほど高価になったりする場合があります。 そして、この記事の主要部分に進みます。このセクションでは、遭遇する可能性のあるコンデンサの種類をいくつか紹介し、それらの良い点と悪い点の両方のさまざまな特性を説明します。 考えられるすべてのコンデンサ技術をカバーするとは主張しませんが、一般的なコンデンサ技術を一通り調べ、見つかったサブタイプを調べます。

実際の電解コンデンサは、アルミニウム箔を挟んだ形の極板を円筒状に丸めてアルミニウム缶の中に収めています。 陽極酸化層の深さによって決まる動作電圧が見積もられています。

電解コンデンサは、通常の使用で遭遇するタイプの中で最も高い静電容量を持ち、その範囲は約 0.1 μF から数千 μF までです。 きつく巻かれた電気化学セルのため、等価直列インダクタンスが高く、高周波での使用には適していません。 通常、これらは電源の平滑化とデカップリング、および可聴周波数でのカップリングに使用されます。

タンタル コンデンサは、約 0.1 ～ 数百 µF の値で入手できます。 これらは、アルミニウム製の同等品よりもはるかに低い漏れ抵抗と等価直列抵抗を備えているため、試験および測定、ハイエンドオーディオ、およびこれらの特性が有利なその他のアプリケーションで使用されています。

タンタル コンデンサには注意すべき故障モードがあり、発火することで有名です。 アモルファスの酸化タンタルは優れた誘電体ですが、結晶質の酸化タンタルは優れた導体です。 タンタルコンデンサに過大な突入電流を流すなど、タンタルコンデンサを誤って扱うと、誘電体がある形態から別の形態に変化し、コンデンサを流れる電流が大幅に増加する可能性があります。 しかし、幸いなことに、すべてが悪いニュースというわけではありません。火災に関する評判は、はるかに初期の世代のタンタル コンデンサに由来しており、製造技術の改良により、より信頼性の高い製品が提供されています。

ポリプロピレンコンデンサは、良好な温度と周波数の安定性が必要な回路で使用されます。 また、高電圧 AC 用途向けの特別定格バージョンでは、主電源抑制やその他の電源回路でも使用されています。

ポリエステルコンデンサはポリプロピレンのような温度特性と周波数特性を備えていませんが、安価であり、SMD はんだ付けの高温に耐えることができます。 したがって、重要ではないアプリケーションで汎用コンデンサとして使用されることがわかります。

ポリエチレンナフタレートコンデンサはやはり安定した温度特性と周波数特性を備えていませんが、ポリエステルよりもはるかに高い温度と電圧に耐えることができます。

ポリフェニレンサルファイドコンデンサは、ポリプロピレンのすべての温度および周波数安定性を備えており、さらに高温に耐えることができます。

あなたも遭遇するかもしれませんポリカーボネートそしてポリスチレン古い機器ではコンデンサが使用されていましたが、これら 2 つの誘電体は現在では一般的に使用されていません。

セラミックコンデンサを検討するときは、使用されているセラミック誘電体からその特性が得られるため、セラミック誘電体によって検討するのが最善です。 セラミック誘電体は、その温度範囲と温度安定性を示す 3 文字のコードで分類されており、ここで最も一般的なものを参照するのはこれらのコードです。

C0G誘電体は、温度、周波数、電圧に関して静電容量の安定性が最も優れています。 C0G コンデンサは、共振高周波やその他の高性能回路で使用されています。

X7R誘電体は C0G の温度特性や電圧特性を共有していないため、それほど重要ではないアプリケーションで使用されます。 通常、デカップリングや汎用アプリケーションに使用されます。

Y5V誘電体は X7R よりもはるかに高い静電容量を与えますが、温度特性が悪く、最大電圧が低くなります。 X7R と同様に、汎用回路やデカップリング回路で使用されます。

セラミックは多くの場合圧電性でもあるため、一部のセラミック コンデンサもマイクロフォニーを示します。 たとえば、真空管アンプや静電気の世界など、高電圧と可聴周波数を扱う場合、コンデンサが「歌う」ため、この効果が実際に聞こえることがあります。 周波数を安定させるために圧電コンデンサを使用すると、周囲の振動によってコンデンサが変調されることがあります。

先に述べたように、この記事はすべてのコンデンサ技術をカバーしようとするものではありません。 電子サプライ品のカタログをざっと見ると、ここで言及されていないいくつかのテクノロジーがわかります。また、時代遅れになったテクノロジーや、あまり目にすることがないほどニッチな分野のテクノロジーも複数あります。 その代わりに、私たちが達成したいと思っているのは、よく目にするいくつかのタイプの謎を解き明かし、独自のデザインを作成する際の選択を支援することです。 コンポーネントについてさらに詳しく説明したいという欲求が高まった場合は、おそらくインダクタに関する記事に注目してもらうことができます。