３分でわかるコンデンサの基礎知識(原理・種類・使い方・回路例など)

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電子回路とコンデンサ（キャパシタ）の解説

今回は、電子回路部品のうち「コンデンサ」について説明します。
電子回路を構成する部品のうち、コンデンサ（キャパシタとも言う）は、抵抗と並んで最も数多く使用されている部品の一つです。

スマートフォンの内部には、数百個もの表面実装タイプのコンデンサが使用されているようです。
このように、抵抗と同様、無くてはならない電子回路部品なのです。

コンデンサの適切な使い方は、デジタル・アナログを問わず、すべての回路設計者が身につけておかなければならない、回路設計の基本です。

１．コンデンサの原理
２．コンデンサの種類
３．コンデンサの機能と役割・使い方

１．コンデンサの原理

まず、コンデンサの原理を見ていきましょう。

コンデンサの原理

多種多用途にわたるコンデンサも、原理は至って簡単です。

上図のように、真空中に一定間隔ｄを隔てて、面積Ｓの電極板Ａ、Ｂを置き、電源から電圧Ｖをかけると、電極間には、
Ｑ＝ＣＶ（クーロン）
の電荷が蓄えられます。

ここで、Ｃは電極板Ａ、Ｂよって構成されるコンデンサの容量で、次の式で表されます。
Ｃ＝Ｓ×ε₀／ｄ
［Ｓ：電極面積、ｄ：電極間距離、ε₀：真空の誘電率］

実際のコンデンサは、電極板の間に、真空の代わりにマイカ、ガラス、セラミック、プラスチックフィルムなどの誘電体、あるいは電解質を入れた構造になっており、それぞれの媒質の名前をとって「セラミックコンデンサ」とか「電解コンデンサ」のように呼ばれています。

それぞれの媒質の真空に対する誘電率の比を比誘電率と呼びεｒ　で表すと、その容量値Ｃは、
Ｃ＝εｒ×Ｓ×ε₀／ｄ　　Ｃの単位はＦ(ファラッド)
と表されます。

２．コンデンサの種類

コンデンサは、大まかに言うと「有極性コンデンサ」と「無極性コンデンサ」に分類されます。

コンデンサには2つの端子があります。

「有極性コンデンサ」は、2つの端子のうちプラス側が決まっているコンデンサです。
電解コンデンサなどが有極性コンデンサとなります。
有極性コンデンサはプラスとマイナスを間違えて接続すると、コンデンサが故障します。

一方、「無極性コンデンサ」は、プラス側とマイナスが決まっていないコンデンサです。
セラミックコンデンサなどがあります。

① アルミ電解コンデンサ

アルミ箔の表面に電気化学的に酸化アルミニウムの絶縁被膜を形成したコンデンサです。
比較的大容量のものを作ることができます。

誘電体(アルミ酸化皮膜)とアルミ箔との間に紙(セパレート紙)を挟んでお互いに接触しないようにしながらロール状に巻き、液体の電解質に浸して封じた構造となっています。

容量と耐圧の品種が豊富で安価です。形状が大きく、寿命が短いというマイナス面もあります。

② セラミックコンデンサ

絶縁体としてチタン酸バリウムなどの誘電率の大きいものを使い、小型の割に容量が大きいです。
近年は、薄膜積層構造により小形大容量化した積層セラミックコンデンサの出現や、欠点であった温度特性（温度による静電容量の変化率が大きい）を克服した温度補償用の出現によりその使用範囲が大きく拡大し、コンデンサの中で最も多く使用されるコンデンサとなりました。

無極性で長寿命、高耐熱です。
また、マイナス面としては、印可電圧によって容量が変化する特性があったり、高周波による振動で音鳴りが発生することがあります。