コンデンサ

'''コンデンサ'''（'''蓄電器'''、condensare、capacitor）は、[[静電容量]]（キャパシタンス）により[[電荷]]（[[電気]][[エネルギー]]）を蓄えたり、放出したりする[[受動素子]]である。静電容量の単位は[[ファラド|F（ファラド）]]が使われる。通常使われるコンデンサは数pF - 数万μF程度であるが、[[電気二重層コンデンサ]]などでは数千Fオーバーの大容量な物もある。両端の端子に印加できる電圧（耐圧）は、2.5[[ボルト (単位)|V]] - 10kV程度までさまざまである。なお、現代において、[[英語]]圏では、コンデンサ [[:en:condenser|condenser]]と言った場合、[[復水器]]などの[[熱交換器|熱交換]]により高温で気体になった物質を液体に戻す装置を指すことがもっぱらで、蓄電器を指しては'''キャパシタ'''の語が主として用いられている（コンデンサマイク [[:en:Microphone#Condenser microphone|condenser microphone]]などコンデンサで定着してしまっているものもある）。 == 歴史 == [[1745年]][[10月]]にFarther Pomerania（Pomorze Tylne、Hinterpommern）出身のエヴァルト・ゲオルク・フォン・クライストは、[[手]]で持った[[ガラス]][[瓶]]の中に満たされた水へ高圧[[静電発電機]]を[[導線]]でつなぐと電荷が蓄えられる事を発見した<ref>Henry Smith Williams (1999年3月). “[http://www.worldwideschool.org/library/books/sci/history/AHistoryofScienceVolumeII/chap49.html A History of Science Volume II, Part VI: The Leyden Jar Discovered]”. 2013年1月17日閲覧。</ref>。クライストの手と瓶の中の水が[[導電体]]として働き、かつガラス瓶が[[誘電体]]として働いたのである（当時は詳細な原理は間違って理解されていた）。クライストは、発電機を外したあとに、（ガラス瓶の中の水に浸した）導線に触ると[[激痛]]を伴う[[火花]]が起きることを見出した。彼はこのことを「フランス王国の二撃目は受けたくない ("I would not take a second shock for the kingdom of France.")」と手紙で述懐している<ref>[http://books.google.com/?id=ko9BAAAAIAAJ&pg=PA71&dq=jar+%22von+Kleist%22 Houston, Edwin J]. (1905). Electricity in Every-day Life. P. F. Collier & Son.</ref>。3ヶ月後、オランダの物理学者[[ピーテル・ファン・ミュッセンブルーク]]により同様なコンデンサが発明され、クライストの物より早く発表されたことで、彼が勤務していた[[ライデン大学]]に因んで[[ライデン瓶]]と名付けられた。[[グダニスク]]の[[:en:Daniel_Gralath|Daniel Gralath]]は電荷容量を増やすため、初めていくつかの瓶を並列に結合し"battery（意 : [[砲兵]][[中隊]]）"を作った。 [[ベンジャミン・フランクリン]]はライデン瓶は想定されていた手と水ではなく、ガラスが電荷を蓄える効果を増している事を追試し証明した。彼はまた化学電池の組に対して（[[砲兵]]は数に比例して威力を増す様から）[[バッテリー]]の言葉を当てはめた<ref>Isaacson, Walter (2003). [http://books.google.com/?id=oIW915dDMBwC&lpg=PA135&dq=%22benjamin%20franklin%22%20leyden%20jar&pg=PA136#v=onepage&q= Benjamin Franklin]. Simon and Schuster. p. 136. ISBN 0684807610, 9780684807614.</ref><ref>{{PDFlink|Franklin, Benjamin (1749年4月29日). “[http://www.chemteam.info/Chem-History/Franklin-1749/Franklin-1749-all.pdf Experiments & Observations on Electricity: Letter IV to Peter Collinson]”. pp. (page 28). 2009年8月9日閲覧。}}</ref><ref>{{PDFlink|Morse, Robert A., Ph.D. (2004年9月). “[http://www.tufts.edu/as/wright_center/personal_pages/bob_m/04_Franklin_Lab_Part_IV.pdf Franklin and Electrostatics—Ben Franklin as my Lab Partner]”. Wright Center for Science Education. Tufts University. pp. (page 23). 2009年8月10日閲覧。 “After Volta’s discovery of the electrochemical cell in 1800, the term was then applied to a group of electrochemical cells”}}</ref>。後にライデン瓶は金属箔で瓶の外側と内側を覆い、2つの箔が[[放電]]しないよう瓶の口から2つの箔の縁までの距離をあけて作られるようになった{{Citation needed|date=2013年1月18日}}。最も初期のコンデンサの単位は「jar（瓶）」であり、1jarはおおよそ1[[ナノ|n]][[ファラド|F]]程度である。このようなライデン瓶や導電箔を板ガラスに対向せたより強力なコンデンサは、[[無線通信|無線電気通信]]の発明により規格化された容量が要求され、また[[高周波]]への移行により[[インダクタンス]]の低いコンデンサが必要になるまで、1900年頃まで専ら使われ続けた。コンデンサの小型化は金属箔の間に油を浸した紙のような柔軟な誘電体膜を挟み、それを巻いたり折りたたんで小さな[[外周器]]に入れたもの、すなわち油浸紙コンデンサの製造から始まった。コンデンサは[[英語]]ではキャパシタと言い[[:en:capacitor|Capacitor]]と綴る。通常の[[容量球]]と比べ、より高い密度の電荷を蓄えられるという装置の性能から[[1782年]]に[[アレッサンドロ・ボルタ]]が初めて[[:it:Condensatore_(elettrotecnica)|Condensatore]]（[[イタリア語]]で凝集器・濃縮器・圧縮機の意味）の言葉を当てはめた論文を発表した事に由来する<ref>[http://books.google.com/books?id=eCADAAAAMBAJ&pg=PA117&source=gbs_toc_r&cad=1#v=onepage&q&f=false “Sketch of Alessandro Volta”]. The Popular Science Monthly (New York): pp. 118–119. (May–Oct 1892)</ref>。 == 物理学的説明 == [[ファイル:Capacitor principle sketch.png|thumb|110px|模式図]] まず、物理学（電磁気学）による理学的説明からはじめる。工学的（電気・電子工学）観点からの解説や応用は後述する。コンデンサは、誘電体によって分離された2枚の電極もしくは電極板によって構成される。 === 容量 === コンデンサの容量 (''C'') は電荷 (''Q'') の蓄積と電極間の電圧 (''V'') で測定される。 :[[ファイル:容量コンデンサ.png|50px]] [[国際単位系]] (SI) では容量は[[ファラド]]を単位とするが、ファラドは後述する[[#電気二重層コンデンサ|電気二重層コンデンサ]]等を電源として利用する場合を除き通常は過大なので、[[マイクロ]]ファラド (µF)、または[[ピコ]]ファラド (pF) を用いる場合が多い。[[ナノ]]ファラド (nF) を用いる場合もあるが、日本では稀である。 [[ファイル:Capacitor.png|thumb|200px|電極間に異なる電荷が蓄積されるとプレート間に電界が生じる。この電界は単純な平行板コンデンサにおいて電位差''V'' = ''E·d''を生み出す。]] なお、使用する場合の[[電力量]]（''W''、単位[[ジュール]]）は :[[ファイル:電気量コンデンサ.png|120px]] となる。つまり、容量1ファラドのコンデンサに10ボルトの電圧がかかっている場合、電力量は50ジュール（ワット秒）となる。したがって、この場合における定格出力50[[ワット|W]]の電気製品が1秒間動作することになる。（これは理論値であり、実際には電圧を安定させるための回路などが必要となるため、その分電力量が減ることとなる。） '''容量'''は電極の面積に比例、電極間の距離に反比例する。同様に誘電体の誘電率にも比例する。平行に配置された電極板のコンデンサの容量は : [[ファイル:容量コンデンサ 2.png|120px]]<ref>http://www.ttc-cmc.net/~fme/captance.html</ref> である。ただし''A''は1つの電極板の面積、''d''は電極板間の距離、''ε''は電極板間の誘電体の誘電率を表している。以下、工学的解説や応用を述べる。 == 用途 == {| class="infobox" style="text-align: center; font-size: 90%;" summary="A table displaying capacitor symbols used in electrical design." |+ style="font-size: larger;" | '''キャパシタの電気記号（図記号）''' |- ! キャパシタ ! 電解コンデンサ ! 可変コンデンサ |- || [[ファイル:Capacitor_Symbol_alternative.png|Capacitor symbol]] || [[ファイル:Polarized_capacitor_symbol_alternative.png|center|Polarized capacitor symbol]] [[ファイル:Polarized_capacitor_symbol_2.png|center|Polarized capacitor symbol 2]] [[ファイル:Polarized_capacitor_symbol_3.png|center|Polarized capacitor symbol 3]] [[ファイル:Polarized_capacitor_symbol_4.png|center|Polarized capacitor symbol 4]] || [[ファイル:Variable_capacitor_symbol_2.png|Variable capacitor symbol]] |} === アナログ電子回路での用途 === [[直流]]の[[電流]]を通さないことから[[容量性カップリング|カップリング]]コンデンサに利用されたり、[[バイパスコンデンサ|デカップリング]]用のコンデンサに利用される。その他、平滑回路や、共振回路、フィルタなどにも利用される。実際の電子回路では、同じく受動素子の一つである[[抵抗器]]や[[コイル]]とともに用いられることが多く、前者はR、後者はLと表現されることが多い。要求される周波数帯域、容量や精度、温度に対する容量変化、耐圧など回路の目的、用途、環境、コスト、大きさに合わせて各種の形状、材質の物が幅広く用いられる。低コスト化、小型化の要求の強い民生用小型機器では、チップ積層セラミックコンデンサが幅広く使われている。 === デジタル電子回路での用途 === [[バイパスコンデンサ]]（パスコン）としての用途が圧倒的に多い。他に僅かながら水晶発振器やタイミング回路に使われる。主に[[周波数特性#コンデンサにおける周波数特性|周波数特性]]がよいチップセラミックコンデンサが使われる。 === 電源回路での用途 === アルミ電解コンデンサを中心として、セラミックコンデンサや{{仮リンク|タンタルコンデンサ|en|Tantalum capacitor}}が使われる。 === 電源そのものとしての用途 === 近年、後述の電気二重層コンデンサをはじめとした1[[ファラド|F]]以上の大容量のものが開発され、[[蓄電]]装置として利用されることが多くなりつつある。たとえば[[ノートパソコン]]の電源としての利用、[[ハイブリッドカー]]や[[電気自動車]]の始動用電源など。最近では電気自動車の走行用電源そのものとしても使用可能となってきている。 == 構造 == 構造は単純化すると、[[誘電体]]（[[絶縁体]]）を介した、2枚の[[電気伝導体]]平板であり、これに（直流）[[電圧]]を加えると、[[電荷]]（電気エネルギー）が蓄えられる。実際の製品では、以下に挙げられるものがある。 ; 単板型 : 二枚の平行平板からなるもの。誘電体の種類を選ばないが、面積を大きく取れないため、大型になる。 ; 旋回型（巻き型） : 二枚の電気伝導体箔と誘電体膜を交互に重ねて巻き込んだもの。旋回構造自体がインダクタの形となるため概して[[高周波]]特性は良くない。巻き方や線の引き出し方を工夫して無誘導化したものもある。 ; 積層型 : 極板を形作る導電性の層と誘電体の層とを完成時に所望の容量に成るまで交互に重ね両端に電極を取り付けたもの。層を作る時は二つの極板の端面がそれぞれ別の辺に現れるように極板をずらして作る。出来上がった素子は通常直方体状になる。素子のまま表面実装用に使われる事もあれば、リード線を引き出した後樹脂で封止した物もある。 ; 貫通型 : 電極のうち、一方の極板に対してもう一方の極板と平行な方向に電流を通せるよう、一つの極板に端子を少なくとも2個以上設けたもの。 :; 管形 :: 電気伝導体の軸の周りに誘電体の管を形成し、その外側にさらに電気伝導体の管を形成して同軸構造としたもの。[[シールドケース]]からの線の引出しなど高周波回路で利用される。 :; チップ形 :: 積層形コンデンサの直方体の平行する二面に一枚の極板へ繋がる電極を設け、残りの任意の面にもう一方の極板に繋がる電極を設けてあるもの。管形に比べるとよりプリント回路基板への実装が容易になっている。3端子コンデンサとも呼ばれる事がある。 : ; 電解型 : 電気伝導体の表面に化学的に酸化皮膜による誘電体層を形成し、[[電解液]]に浸したもの。誘電体層が非常に薄くなおかつ比誘電率が大きいため、大容量が得られる。 ; 電気二重層型 : 活性炭電極の表面に有機分子を吸着させ、誘電体としたもの。誘電体の厚さを分子長さレベルにまで薄くでき、更に多孔質な活性炭により大面積を確保できるので、極端な大容量が得られる。 == コンデンサの用途による分類 == === 高電圧電力回路用 === ; 紙コンデンサ : 誘電体として木材パルプを加工したものを使用している。 ; オイルコンデンサ : [[絶縁油]]を含浸した紙を誘電体としたもの。 ; 真空コンデンサ : 内部を真空にしたもの。 ; ガス封入コンデンサ : 内部にSF6（[[六フッ化硫黄]]）等を封入したもの。 === 電子回路用 === ==== プラスチックフィルムコンデンサ ==== [[アナログ回路]]用。 ; スチロールコンデンサ : 俗にスチコンと称される。[[スチロール|ポリスチレン]]樹脂はCDケース等にも使用されるポピュラーなプラスチック。 : 成形が容易で安価、諸特性優秀だが、耐熱温度が85℃と熱に弱く機械的にも脆い。 : 最近になって樹脂分子の並びを制御して結晶化させ、問題点を改善した素材も出ている。 ; [[ポリエステル]]コンデンサ（マイラコンデンサ） : マイラと略される。諸特性良好だが、誘電吸収がやや大きい。 ; [[ポリプロピレン]]コンデンサ : PPコンと呼ばれる。諸特性優秀で、耐圧も高い（1,000V程度まである）。 ; [[テフロン]]コンデンサ : 諸特性良好。プラスチックフィルムコンデンサとしては比較的高温に耐える。 ; [[ポリフェニレンサルファイド | ポリフェニレンスルファイド]]コンデンサ : PPSコンと呼ばれる。諸特性良好で耐熱性に優れる。 ==== セラミックコンデンサ ==== 0.5[[ピコ|p]][[ファラッド|F]]から1[[マイクロ|μ]][[ファラド|F]]が一般的。 [[デジタル回路]]の[[バイパスコンデンサ|パスコン]]（高誘電率系および半導体）、[[アナログ回路]]の温度補償用（低誘電率系）。高周波特性はよい。チップ型など小型のものや大容量のものは内部電極を積層構造にしている。 ; 低誘電率系セラミックコンデンサ : 誘電体に[[二酸化チタン|酸化チタン]]や[[アルミナ]]の磁器を用いたもの。容量温度係数が低く、かつ直線的。微量元素の導入で任意の温度係数に設定することもできる。ただし、容量の誤差が大きい。 ; 高誘電率系セラミックコンデンサ : 誘電体に[[チタン酸バリウム]]を用いたもの。無極性・大容量のコンデンサが得られる。ただし、容量温度係数が大きく、かつ、非直線で変化する。さらに、印加電圧による容量の変動がある。 ; 半導体セラミックコンデンサ : [[チタン酸バリウム]]に金属化合物を導入して導電性を持たせたものに、化学処理を施して非常に薄い誘電体層を形成し、焼結したものを誘電体としたもの。高誘電率系セラミックコンデンサよりも更に大きな容量が得られるが、その分、容量変動の諸特性も悪化している。 ==== マイカコンデンサ ==== {{main|マイカコンデンサ}} 高周波回路、高精度・安定性が要求される回路用。 ==== 電解コンデンサ ==== 電極表面に化学処理することで絶縁体あるいは半導体の薄膜を形成し、これを誘電体としたもの。非常に大きな容量 (0.1μF - 10万μF (100[[ミリ|m]]F)) が得られるが、一部を除き'''極性を持ち'''、諸特性はかなり悪い。電源系や低周波系に使用される。耐圧や周波数に注意する必要がある。耐圧を守らなかったり極性を間違えると正常に動作しないばかりか発熱し煙が出たり電解液が外部に漏れ出す場合がある。ひどい時には破裂する場合もある。破裂するとコンデンサーの破片が四方八方に飛び散り、非常に危険である。一般に固体電解コンデンサと呼ばれるものは、電荷移動錯体や導電性高分子を用いた電子導電性固体を用いており、従来からある電解液を用いたコンデンサに対して、[[等価直列抵抗]] (ESR) が小さく、周波数特性に優れている為、[[CPU]]周辺など高周波系にも使用されているが、電解液タイプに比べて高価でかつ自己修復性が小さいという問題がある。 [[リード線]]方式の場合は、負（マイナス）極の上に黒い線が記載され、一般タイプの新品では負極のリード線が短く切られていることで判別する。画像の上側の黒いもの（アキシャル型）では、右側のリード線が負極で、下の青いもの（ラジアル型）では下側のリード線が負極である。アキシャル型の場合、負極のリード線がケースと接続されているが、ラジアル型は両極とも接続されていないため、電荷がある場合どちらとも電位差があり、ショートや感電に注意を要する。 ; アルミ電解コンデンサ : 単に電解コンデンサ、またはケミコン（ケミカルコンデンサ）ともいう。大容量が得られ、[[電源回路]]の平滑用・時定数回路用に使用される。誘電体としては、アルミニウム電極（通常はアルミ箔）表面に形成した酸化被膜を用いる。誘電体層が非常に薄いため、大きな容量を得ることが出来る。通常、酸化被膜を形成する前にエッチング処理を施して表面を荒し、微細な凹凸を作製して表面積を稼いでいる。酸化被膜表面に隙間無く対向する電極を密着させることが困難なため、電解液を含浸した紙を挟み、空隙を埋めている。酸化被膜を形成した側の電極を他方の電極より低い電圧（極性を逆）にすると、電気化学反応により誘電体膜が破壊され使用不能になるとともに、素子が破裂・発煙する場合がある。誘電体には[[酸化アルミニウム]]が使われる。 :; 固体アルミ電解コンデンサ :: 電解液の代わりにTCNQ錯体などの電荷移動錯体、または[[ポリチオフェン]]などの導電性高分子を用いたもの。 :; 非固体アルミ電解コンデンサ :: 上述。電解液として、溶媒を[[水]]、[[エチレングリコール]]、[[エチレングリコールモノメチルエーテル]]、[[グリセリン]]、[[γ-ブチロラクトン]]あるいは[[N-メチルホルムアミド]]などとし、電解質として[[ホウ酸]]、[[アジピン酸]]、[[マレイン酸]]、[[安息香酸]]、[[フタル酸]]、[[サリチル酸]]、[[アンモニア]]、[[トリエチルアミン]]、[[水酸化テトラメチルアンモニウム]]などにしたものが用いられる。逆極性接続による誘電体膜の破壊に対し自己修復能を持つため、極短時間の逆電圧印加が可能とされるが、この用法は推奨はされない。故障時のモードがオープンである（電極間の抵抗値が高くなる）ことも特長のひとつだが、素子の破裂による二次被害がでることもあるので注意すること。 :; 両極性電解コンデンサ（ノンポーラ） :: 酸化被膜の形成を対向する二つの電極双方にほどこしたもの。コンデンサの直列接続となるため、単位体積当りの容量は半減するが、'''極性がない'''ため扱い易い。ただし、高速に極性が反転する条件（交流回路）での利用は出来ない点には注意すること。負極側の表示の代わりにB.P.またはN.P.表示がある。 : ; OS-CON<ref name="toragi2004/9">トランジスタ技術　2004年9月号　p108, p111 - p114</ref> : 電解液として従来は二酸化マンガンが使われていたが、OS-CONは有機半導体を使用しており、低ESR、低ESLを実現している。有機半導体アルミ電解コンデンサとも呼ばれる。誘電体には、アルミ電解コンデンサと同じく[[酸化アルミニウム]]が使われる。 ; [[タンタル]]電解コンデンサ : アルミ電解コンデンサより小型で周波数特性がよく、電源平滑用やノイズ除去の[[バイパスコンデンサ]]として用いられる。欠点は[[タンタル]]が希少金属であるため、コスト高や供給不安につながりやすいこと。大容量を得る原理はアルミ電解コンデンサに似ている。金属タンタル粉体を焼結してこれを陽極とし、電気化学反応で表面に酸化タンタル薄膜を形成する。アルミ電解コンデンサと異なり、パッケージの陽極側に印がある。逆電圧に弱く、故障モードは[[短絡|ショート]]である点に注意を要する。そのため故障前の極間に電位差があると大電流が流れ、発熱、発火につながる。ショートによる機器への被害を防ぐため、タンタルコンデンサのモールド内にヒューズを内蔵しているものもある。 :; 固体タンタル電解コンデンサ :: 通称「タルコン」。高温条件下で誘電体表面に[[二酸化マンガン]]を析出させて空隙をうめ、焼結体表面に黒鉛を吹き付けた後、銀パラジウム等を用いて電極を引き出したもの。 :; 湿式タンタル電解コンデンサ :: 金属ケースに電解液を充填し、これを陰極としたもの。ここに陽極となる焼結体を浸漬する。 : ; [[ニオブ]]コンデンサ : 金属ニオブ粉体を焼結してこれを陽極とした固体電解コンデンサ。タンタルに比べ埋蔵量が多く（タンタルの100倍程度と見積もられている）、供給の安定化と低価格化が期待できるとされている。また、タンタルコンデンサより逆耐圧耐性が高く大容量化できる可能性があることから、将来的にはタンタルコンデンサを置き換えることが期待されている。タンタルコンデンサは耐圧の30 - 50%までで使用するが、ニオブコンデンサは耐圧の80%までで使用できる。 ; 酸化ニオブコンデンサ : 焼結体として金属ニオブの代わりに[[酸化ニオブ]]を用いたもの。故障モードがオープンで安全性が高い。 ==== 電気二重層コンデンサ ==== {{Main|電気二重層コンデンサ}} 電気二重層キャパシタ、ウルトラキャパシタ（主に米国で用いられる用語）、スーパーキャパシタ（日本電気の商標）、ゴールドキャパシタ（パナソニックの商標）、電気化学キャパシタ、あるいは単にキャパシタと称される。電解液-電極界面において電解液中のイオン及び電極中の[[電荷担体]]（電子またはホール）が互いに引き合う格好で整列する現象（[[電気二重層]]）を用いて蓄電するコンデンサ。イオンと電荷担体が互いに隔てられた部分（ナノオーダーの距離）が誘電体に相当する。また、電気二重層コンデンサの静電容量は理想的には電極の表面積に比例すると共に電極間の距離に反比例する。そのため、非常に大きい静電容量を実現することが可能である。実用化されている電気二重層コンデンサでは、比表面積が極めて大きい[[活性炭]]を電極として用いている例が多く数F/cm3級の静電容量が得られている。なお、電気二重層は正負両極に生じるため、一つの電気二重層コンデンサは二つのコンデンサ（正・負極に生じた電気二重層）の直列接続に相当する。耐圧は電解液の分解電圧以下に制限されるため約1V（水系電解液の場合）、約3V（非水系電解液の場合）と非常に低く、複数個を直列接続することで必要な電圧を得ることが多いが、接続された個々のコンデンサの特性ばらつきによって電圧が完璧に均等に分配されることはない。そのため、あるコンデンサだけが過充電になることを防ぐための工夫が必要になる。単純な方法としては、各コンデンサに抵抗を並列接続させることがある。また、通常のコンデンサと比較して漏れ電流が非常に大きく、イオンが動くために周波数特性が悪いことには留意する必要がある。直流回路で用いられることが多い。主に電子機器のメモリーや時計回路における[[バッテリーバックアップ|バックアップ電源]]として用いられて来たが、[[電力]]貯蔵用にも使用され始めている。近年、ハイブリッド自動車や[[電気自動車]]の電源としても注目されており、製品化された例ではコピー機の急速立ち上げ用電源や無停電電源装置などがある。さらに鉄道用の[[JR東海313系電車|電車]]でも実験的に電源として使用して起動力約2%の電力を確保するなど、様々な分野で小型化・大容量化の研究開発が進められている。[[二次電池]]と異なり[[電気化学]]反応を従わないため、充放電回数の制限が無いこと、大電流の充放電に強く温度条件の厳しい環境下でも利用できることなどの利点を持つ。このため、燃料電池自動車である[[ホンダ・FCX]]にパワーアシスト用として搭載されたり、[[はやぶさ (探査機)|はやぶさ]]に搭載されたローバーにも採用された。また、ハイブリッドカーへの搭載も予定されている。 ==== 可変コンデンサ ==== [[静電容量]]を加減することができるコンデンサのことをさし、[[軸]]を回転させる[[極板]]の対向面積や[[電極]]同士の[[距離]]を変えられるようにした'''バリアブルコンデンサ'''と各容量の固定コンデンサを切り換え[[スイッチ]]により断続的に変えられるようにした'''可変雲母コンデンサ'''に大別される。 ===== バリアブルコンデンサ（バリコン） ===== 回転軸を回すことで静電容量を可変できるコンデンサ。[[送信機]]や[[受信機]]（[[ラジオ]]）などの[[同調回路]]などに使われる。[[ラジオ]]の[[同調回路]]（周波数ダイアル）のようにもともと頻繁に回すことを目的に作られているものと、回路の定数の微調整用として、出荷前やメインテナンス等、調整するときしか回さない目的に作られたもの（トリマーバリコン、半固定可変コンデンサ）とがある。 ; [[エアバリコン]] : [[空気]]を誘電体とする可変コンデンサ。固定した電極と、回転軸に取り付けられた電極とで空気を挟み、静電容量を可変できる。高電圧に耐えられることから、1970年代までの[[真空管]]を使ったラジオ[[受信機]]や[[アマチュア無線機]]などに使われていたが、現在はあまり生産されていない。 ; [[タイトバリコン]] : {{節stub2}} ; [[ポリバリコン]] : 薄い[[ポリエチレン]][[フィルム]]を誘電体とする可変コンデンサ。固定した電極と、回転軸に取り付けられた電極とでポリエチレンフィルムを密着して挟み、静電容量を可変できる。主に小型携帯ラジオの周波数ダイヤルに使われている。 ; [[セラミックトリマコンデンサ]] : [[セラミック]]を誘電体とする可変コンデンサ。回路で補償しきれない精度の特性が必要な場合、組み立て後に微調整可能な回路にしておき、製品出荷前に工場で微調整を行うために用いられる。 ; [[バリキャップ]] : [[半導体]]中に形成された[[空乏層]]を誘電体として用いる可変コンデンサ。逆電圧の大きさによって空乏層の厚さを制御する事が可能で、このため電子的に容量を可変できる。 ===== 可変雲母コンデンサ ===== {{節stub2}} ==== プロードライザ (proadlize) ==== デカップリングを目的とするコンデンサの一種で、既存のコンデンサと比較してインピーダンス特性が広い周波数帯域でフラットであり、かつ低インピーダンスである特性がある。なお、「プロードライザ」とは開発したNECトーキンによって「Prompt」「Broadband」「Stabilizer」から合成された造語（商品名）である<ref>[http://www.nec.co.jp/techrep/ja/journal/g06/n05/060514.html NEC技報新デカップリングデバイス「プロードライザ」の開発、量産]</ref>。導電性高分子コンデンサをシート状に成型し、電極配置を工夫することによってこの特性を得ている。このため、高周波回路におけるノイズ対策や、[[CPU]]周辺回路に存在する多数のコンデンサの置き換えなどに有効とされる。[[NECトーキン]]が開発し、[[日本ケミコン]]が技術供与を受けライセンス生産を行っている。これまでに[[PlayStation 3|プレイステーション3]]や[[ノートパソコン]]において採用例があり、[[薄型テレビ]]における画像処理エンジン周辺への適用も有望視されている。 ==== 低インピーダンス線路素子 (LILC) ==== NECによって開発されたコンデンサで、回路基板（ボード）上の回路同士の干渉を抑え、高速・高周波回路の不安定動作を解消する低インピーダンス線路素子 (LILC : low impedance line structure component) と呼ばれるものである<ref>[http://www.nec.co.jp/techrep/ja/journal/g06/n05/060514.html NEC技報高速デジタル回路を安定動作させる低インピーダンス線路素子の開発について]</ref>。 {{節stub2}} == 容量の表示方法 == 電解コンデンサなどのような大型のものでは、本体に直接容量や耐圧が記載されているが、セラミックやフィルムコンデンサの場合、容量が xxy という形の3桁の数字を使った特有の表記（抵抗器のカラーコードを数字で置き換えた形）で記載されている場合がほとんどである（抵抗器に形状が似たものでは、カラーコードで表示している場合がある）。 xxyの意味は、xx × 10''y'' pF（ピコファラド）である。容量の間隔については、抵抗器同様に[[標準数#JIS C 5063の標準数列|E系列]]で、主にE3（10・22・47を基数とする倍数値）、E6（10・15・22・33・47・68を基数とする倍数値）で、まれにE12やE24が使用される。[[受動素子#受動素子の標準数値表|受動素子の標準数値表]]も参照。ただし1から10pFに限り、1pF間隔となっている。定格電圧（耐圧）については、電圧を直接表示している場合と、数字とアルファベットを組み合わせた記号で表示している場合がある。記号と電圧の組み合わせは次の通り。 {| class="wikitable" style="margin: 0 auto;" |+'''定格電圧'''  |- style="background-color:#efefef;"  !↓数字＼英字→ !!A!!B!!C!!D!!E!!F!!G!!H!!J!!K  |- align=right  ! style="background-color:#ffdead;"|0  |1||1.25||1.6||2||2.5||3.15||4||5||6.3||8  |- align=right  ! style="background-color:#ffdead;"|1  |10||12.5||16||20||25||31.5||40||50||63||80  |- align=right  ! style="background-color:#ffdead;"|2  |100||125||160||200||250||315||400||500||630||800  |- align=right  ! style="background-color:#ffdead;"|3 |1,000||1,250||1,600||2,000||2,500||3,150||4,000||5,000||6,300||8,000  |} '''2J103'''と記載されていれば、 * 耐圧が630V * 容量が10 × 10''3'' = 10,000pF = 0.01μF を表している。 2桁以下の場合は記載値がそのままpF単位を表す。電圧表示のないものは、耐圧50V程度のものが多い。 == コンデンサのように振舞うもの == これらのふるまいについて、容量性がある、と言ったりする。 ; [[プリント基板]] : 多層基板において、隣接する層の同じ場所にプリント配線が通るとき、両配線間に比較的大きな安定した容量が形成される。プリント基板設計において、基板の未使用の領域を銅箔で埋めて接地点あるいは電源ラインの配線に用いる（グランドプレーンなど）、電源配線を信号線より広くすると言った処理は習慣的に行なわれている。 ; [[バリキャップ]] : [[ダイオード]]は、逆電圧を加えた状態では直流電流はほとんど流れず、非常に高い直流抵抗値を示す。このとき、ダイオード内部には[[空乏層]]とよばれる絶縁領域が形成されており、これを誘電体としてコンデンサとしての振る舞いを見せる。この空乏層の厚さはかかっている逆電圧の高さによって変動するため、厚さに反比例して容量も変動する。容量はダイオードごとに異なるが、一般に大電流を扱うものほど容量も大きくなる。ダイオードの持つこの物理的性質を積極的に応用し、電圧に応じて制御できる電子的な容量可変コンデンサとして使えるように特に設計されたものを、バリキャップという。バリキャップは、わずかな電圧の変化で大きく容量を変えることができ、また電圧に反比例し容量が変化するため共振回路に使うと同調周波数が直線的になる、という特性がある（回転角に対しそのような容量変化をするバリコンは一般に特殊品である）。 ; [[電界効果トランジスタ]] : 電界効果トランジスタのゲートの[[インピーダンス]]は非常に高く、構造的にもコンデンサーがソース・ドレイン間に接続されているとみなせる。単体のトランジスタでも[[プルアップ]]・[[プルダウン]]しないと入力信号が切り離されてもゲート電圧がホールドされてしまう。トランジスタがFETであるMOSの[[集積回路]]においては、ゲートの静電容量に周波数と電圧の二乗をかけた値に比例して、信号の交流成分がゲートからソース・ドレインに流れ、結果として集積回路の消費電力の一部となる。[[CMOS]]がまだ珍しかった頃から低消費電力を狙ってCMOSを採用した機器ではあえてクロック周波数を抑える例が見られ（[[ポケットコンピュータ]]など）、近年顕著だったのは[[マイクロプロセッサ]]の高クロック化に伴う消費電力の増大で、この問題を回避する為にクロック当りの性能を向上させるのが現在のトレンドとなっている。 ; [[スタブ (回路)|スタブ]] : 高周波回路において、他端の短絡した1/4[[波長]]より短い伝送路、あるいは、他端が解放になっている1/4波長より短い伝送路は容量性の負荷にみえる。アンテナの整合を取る場合に用いられることがある。 ; 電気的に短い[[アンテナ]] : モノポール、ダイポールその他のタイプのアンテナで、電気的な長さが1/4波長より短いものは、駆動回路（[[無線機]]など）から見た場合、容量性の負荷にみえる。整合を取るため小さな容量の可変インダクタが挿入されることがある。 ; 人体 : 静電気の研究において、人体は10pFのコンデンサと1M[[オーム|Ω]]の[[抵抗器|抵抗]]を並列に接続したものとしてモデル化される。 ; [[マイクロフォン#コンデンサ型|コンデンサマイク]] : コンデンサの電極のうち一方を振動板（ダイアフラム）としたもの。空気の振動により電極間の間隔が変化するため、電極間に形成される容量も変化し、一定の電荷を蓄積した状態ならば端子間の電圧も変化する。これを電気信号として取りだすことでマイクとして利用する。また、素子に一定の電荷を与えるために電源が必要であるが、[[テフロン]]などの誘電体の高い電界を与える（特に、溶融した誘電体を冷却固化する際）と電荷を半永久的に保持する性質を利用し、電荷を保持した薄膜（[[電石|エレクトレット]]と呼ぶ）を電極に張りつけることで素子への給電を不用としたものをエレクトレット・コンデンサマイクと呼ぶ。更にエレクトレットを振動板側に張りつけたフロントエレクトレットあるいは膜エレクトレットと、固定電極側に張りつけたバックエレクトレットに分れる。構造上出力インピーダンスの高い素子となるため、信号線にノイズが混入しやすく、これを防ぐため、素子直下に[[電界効果トランジスタ|FET]]を用いた増幅回路を組み込んだ素子もよく用いられる。 ; 電線間 : 電線と電線の間にもわずかながら容量があり、長距離になればなるほど問題になってくる。 ; 対地容量 : 電線などと地面との間にも容量がある。 == 温度特性など == * 温度の変化による静電容量変動 * 電圧の変化による静電容量変動 * 経年変化による静電容量変動 == 製造メーカー == * [[エルナー]]（音響用、一般用電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ「ダイナキャップ」） * [[ニチコン]]（アルミ電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、フィルムコンデンサ） * [[日本ケミコン]] * [[パナソニック]]（旧パナソニックエレクトロニックデバイス、三洋電機）（導電性高分子電解コンデンサ (OS-Con、POSCAP、SP-Cap)、電気二重層キャパシタ「ゴールドキャパシタ」など） * [[村田製作所]]（セラミックコンデンサ、コイル等） * [[TDK]]（セラミックコンデンサ、コイル等） * [[京セラ]]（セラミックコンデンサ、タンタルコンデンサ） * [[松尾電機]]（タンタルコンデンサ、フィルムコンデンサ） * [[日清紡ホールディングス|日清紡]]（電気二重層キャパシタ） * [[NECトーキン]]（タンタルコンデンサ、電気二重層キャパシタ「スーパーキャパシタ」、その他素材型電子部品） * [[太陽誘電]]（各種表面実装用電子部品） * [[ルビコン (企業)|ルビコン]]（電解コンデンサと電源ユニット） * [[日立エーアイシー]]（アルミ電解コンデンサ、フィルムコンデンサ） * [[日新電機]]（OF式コンデンサ、フィルムコンデンサ、電気二重層キャパシタ） * [[岡谷電機産業]]（フィルムコンデンサ、[[ノイズフィルター]]） * [[指月電機製作所]]（フィルムコンデンサ、電気二重層キャパシタ） * [[双信電機]]（マイカコンデンサ） * [[日本電子]]（電気二重層キャパシタ） * [[MARUWA]]（セラミックコンデンサ） * [[明電舎]]（電気二重層キャパシタ、真空コンデンサ、日本国内唯一の真空コンデンサ製造メーカー） == 脚注 == {{Reflist}} == 関連項目 == {{Commonscat|Capacitors}} {{Commonscat|Variable capacitors|バリコン}} * [[静電容量]] - [[インピーダンス]] - [[アドミタンス]] * [[物理学]] - [[電磁気学]] - [[静電誘導]] * [[電気工学]] - [[電子工学]] - [[電力機器]] * [[ライデン瓶]] * [[絶縁体]] * [[等価直列抵抗]] * [[誘電正接]] * [[寄生インダクタンス]] * [[不良電解コンデンサ問題]] * [[アレニウスの法則]] * [[ポリ塩化ビフェニル]]（絶縁油に使用された時期がある） * [[蓄電池]] {{DEFAULTSORT:こんてんさ}} [[Category:コンデンサ|*]] [[Category:静電気]] [[Category:電磁気学]] [[Category:電気理論]] [[Category:電気回路]] [[Category:無線工学]]

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