UPDATE. 2009-5/2

コンデンサ編

コンデンサ」とは、日本語に直訳すると「畜電器」ですが、電気を溜めるだけでなく、その特性を利用した様々な使い方があります。
また、英語圏ではコンデンサではなく「キャパシタ(Capacitor)」と呼ばれ、日本でもキャパシタが普及しつつあるようです。

1.コンデンサの働き

コンデンサは、直流に対しては電気を通さないけど一定量の電荷(電気エネルギー)を蓄えたり放出したりすることができ、交流に対しては、コンデンサの容量や 特性に応じた周波数帯で通すという性質を持っています。

2.コンデンサのしくみ

コンデンサの構造は、二枚の電極板の間に誘電体(絶縁体)を挟んだ構造になっており、この誘電体があるので直流は流しません。
誘電体は「直流に対しては電気を通さない絶縁体」となりますが、[電子に対しては真空や空気などよりよく通す」ので、コンデンサはこの電気を通さずに電子を通す性質を利用して電荷を蓄えます。

図のように、乾電池から電流を流した時に、電流そのものは誘電体によって遮断されていますが、乾電池のマイナス極に繋がれた電極板には電子によって負の電荷が溜まり、これによって誘電体が静電誘導を起こしてプラス極側の電極板には正の電荷が引き寄せられて溜まります。
このプラスの電極板とマイナスの電極板の電位差が電源の電圧と等しくなった時に、コンデンサは電荷を溜めるのを停止します。
この溜まった電荷は消費されるか放電するとなくなります。

  

3.コンデンサに溜まる電荷の計算しかた

コンデンサに溜まる電荷は Q=C*V で計算します。
電荷の量は正極の電極板と負極の電極板の間に生じる電位差に比例し、電圧が高いほど多く溜まります。
この電荷が使用されると正の電流から負の電流へと変わり、電位差が無くなって電荷が放出の状態となるわけです。
この場合の正の電流と負の電流は単に回路上を流れる電流の向きで、電流そのものは同じです。

4.コンデンサの色々な役割

バイパスコンデンサ(通称パスコン)
バイパスコンデンサとは、直流電源に含まれる不要な交流成分(ノイズ源)をグランドへバイパス(By-pass)する役割を持ったコンデンサ。
電源ラインのインピーダンスを下げる効果もあり、瞬間的な負荷に対して電源ラインを安定させるという役割も持っています。
デカップリングコンデンサ
デカップリングコンデンサとは、基本的にはバイパスコンデンサ(パスコン)と同じ用途だが、デカップリングとは「結合させない」・「切り離す」といった意味があり、一つの機器に複数の回路がある場合に他の回路のノイズの回り込みを防いだり、ICのすぐ側にコンデンサを近接して設置し、電源ラインのインピーダンスを下げることによって他の回路の電圧降下を防いだりすることを目的とした意味合いが強い。
カップリングコンデンサ
カップリングコンデンサとは、CDプレイヤーからアンプのような機器から機器を結合(カップリング)する為に用いられるコンデンサ。
機器から送られたソースとなる音声信号に直流が含まれていた時、機器から機器に繋いだ時に電位差が生じた場合はノイズを生むの原因となるので、それを防ぐための直流カットで使用される。
また、必要のない直流をカットすることで、過電流による熱破壊から守ることができる。
しかし、カップリングコンデンサを通すことで音質が変化するという弊害もあるので、必要悪と言わざるを得ない。
そのため、音質の良いコンデンサは音響用として高値で売られている。

5.代表的なコンデンサ

アルミ電解コンデンサ
電源ラインの平滑用や低周波ノイズフィルターによく使用されており、特徴は体積のわりに大容量で安価、そして極性があることです。
この極性を間違えると数秒で小型爆弾と化して「パンッ」っと破裂し、周囲に被害をもたらすこともあるので絶対に間違えないようしましょう。
そして、スパイクノイズが発生するという難点もあり、この辺の対策も考えないといけません。
タンタル電解コンデンサ
アルミ電解コンデンサよりも体積に対して高容量だが、材料となるタンタルが希少のせいか基本的に小型なので容量的には220μF程度まで。
アルミ電解コンデンサよりも、周波数特性・温度特性に優れており、スパイクノイズも発生しないので自作アンプなどのアナログ回路に使用されることが多い。
欠点として逆電圧に非常に弱く、逆電圧を流すと即座に爆発し、爆発した残骸が回路をショートさせてしまうので要注意である。
SANYO OS-CON
誘電体に導電性高分子または有機半導体を使用した固体アルミ電解コンデンサで、周波数特性、温度特性に等価直列抵抗(ESR)に優れ、尚且つ大容量という優れモノです。
大容量のわりに周波数特性が高く、普通の電解コンデンサに発生するスパイクノイズもさほどありません。
欠点としては高容量のものは耐圧低めなことと、値段的に少々高めであるという点でしょうか。
メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ
金属蒸着電極型(metalized film capacitor)に分類され、周波数特性、温度特性共に優秀で、フィルムコンデンサの中で最も音響用に適したコンデンサとされている。
また、メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサには自己回復作用があるので、定格内で正しく使用すればかなり長寿命です。
値段はピンキリで、一個数百円のものから数千円の超高級品までありますが、近年は地方などで入手困難になりつつある。

自作アンプへの道

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