表4

Y
Y
M
M
C
C
K
K

表1

ご購入はこちら．
http://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/MSP/MSPZ201705.htm

M版→K角

K版→M角

見本

CQ出版社 トラ技スペシャル増刊 基本電子部品大事典 表1-4 再校
背幅24mm 4C175L TF2 17/03/29 4F豊島 263×394

第1章

抵抗器の大分類
とりあえずの汎用 / 実験用から超小型，精密品，パワー用まで● 抵抗の大分類

属板や金属線，金属箔を用いたもの，酸化金属セラミ主な抵抗器の分類を図 1 に示します．抵抗器には機能や形状，抵抗体材質，用途の組み合わせにより，さまざまなものがあります．

ックスを用いたソリッド・タイプなどがあります．
そして用途では，抵抗値許容差や温度特性が高精度なもの，高電圧やサージ（異常な高電圧）に強いもの，機能としては，回路の中に組み込まれて使われる固温度により抵抗値が変わるもの，ヒューズ機能を併せ

定抵抗器，回路の微調整に使われる半固定抵抗器，ラ持つものなどがあります．抵抗器を使用する際には，ジオのボリュームのように抵抗値を変えて使われる可これらの組み合わせの中から目的に合わせて，またコ

変抵抗器などがあります．

ストも考慮して選ばなくてはなりません．

固定抵抗器の形状には，リード線を持つリード付き① 固定抵抗器タイプと持たない面実装タイプがあります．さらに，
面実装タイプは角形と円筒形に分けられます．そのほか封止材質により，樹脂モールド・タイプ，セラミッ

主な固定抵抗器の特徴は次のとおりです．

ク・ケース・タイプなどがあります．
抵抗体材質では，炭素皮膜（通称，カーボン），ニク● 角形チップ固定抵抗器

ロムを主体とした金属皮膜（通称，キンピ），酸化金属

抵抗体はメタル・グレーズ皮膜と金属皮膜に大別で皮膜（通称，サンキン），酸化金属とガラスのコンポジ

きます．メタル・グレーズ皮膜は耐環境性に優れておットであるメタル・グレーズなどの皮膜タイプと，金り，金属皮膜は抵抗値許容差や抵抗温度係数，電流雑

角形

円筒形

メタル・グレーズ
皮膜

皮膜タイプ

酸化金属皮膜

金属皮膜

板タイプ

金属板

箔タイプ

金属箔

線タイプ

金属線

板タイプ

金属板

皮膜タイプ

メタル・グレーズ
皮膜

皮膜タイプ

金属皮膜

金属皮膜

炭素皮膜

酸化金属皮膜

皮膜タイプ

ソリッド・タイプ（a）面実装酸化金属
セラミックス

角形

円筒形

炭素皮膜
線タイプ
ソリッド・タイプ

金属線
炭素樹脂混合酸化金属
セラミックス

図1

50

主な固定抵抗器の分類（b）リード付き見本

基本電子部品大事典

1
抵抗器

第2章

一番よく使うチップ抵抗器のいろいろ
小型 / 低コスト / 多種類 / 高周波特性向きなど● チップ抵抗とは…

形状や抵抗体のタイプ
（材質）
，外装
（封止）
などで分類

表面実装タイプのチップ抵抗が登場してから約 30されます．本章では特に明記しない限り抵抗とは固定

年になります．その間に機器の小型化に伴って電子部

抵抗器を指します．

品の表面実装化が進み，今では抵抗器も表面実装が主● 角形チップ・タイプ

流になっています．外観を写真 1 に示します．
チップ抵抗は，目的や用途に合わせたさまざまなタ

通称角チップと呼ばれる角形チップ抵抗と，メルフイプが開発されています．その性能を十分に引き出す（MELF）と呼ばれる円筒形チップ抵抗に分けられます．

ためには，抵抗器個々の特徴を理解して使うことが大角形チップ抵抗のサイズは 0402
（0.4mm × 0.2mm），

切です．

0603，1005，1608，2012，3216，3225，5025，6432などが規格化されています．1005 サイズは民生機器に，大分類と実装の基礎

1608 サイズは民生機器から産業機器，車載機器など広範囲に使われています．0402，0603 サイズは特に小型の携帯機器を中心に使われています．

■ 分類

円筒形チップ抵抗は，リード付き抵抗器のリード線

チップ抵抗の分類を表 1 に示します．チップ抵抗は，
表 1 形状や抵抗体による抵抗器の分類形状

抵抗体タイプ皮膜角形（a）角形チップ抵抗
写真 1

主な用途

抵抗体材質

外

汎用

メタル・グレーズ膜

樹脂塗装またはガラス膜

高精度

はく
板

円筒形

を取り除いた形で，金属のキャップが電極になってい

電流検出

金属膜

樹脂塗装

金属はく

樹脂モールド

金属板

樹脂塗装，樹脂モールド，
セラミック・ケース

汎用

炭素膜

皮膜

高精度

金属膜

ソリッド

耐パルス，耐サージ

高耐圧（b）円筒形チップ抵抗

抵抗器の形状の違い（KOA）

基本電子部品大事典（c）金属板タイプ

装

酸化金属膜

樹脂塗装
セラミック・ケース

酸化金属セラミックス 樹脂塗装（d）樹脂モールド・タイプ（e）セラミック・ケース
封入タイプ

見本
57

1
抵抗器

第3章

実際の抵抗器の定数と組み合わせ方
アンプやアッテネータのゲインや精度を狙いどおりに

電子回路の抵抗値やコンデンサの容量値としてどの よ う な 値 を 取 り そ ろ え る か は，JIS（Japanese
Industrial Standards）で規格化されています．これを E 系列または E 標準数と呼びます．各メーカもそれに合わせて製品を作っています．
回路設計で E 系列にない値を選ぶと，実際に回路を作るときに部品が見つけられません．けれども
E6 列などメジャーな系列を選べば，在庫部品の種類を減らせます．
E 系列を知って使いこなすのは，電子技術者の第一歩と言えます．

部品箱で
眠ってい
た抵抗器

R4

三つの抵抗
値を組み合
わせたら50Ωができた！

10Ω
他の組み合
わせもあり
そうだ

R 1 11Ω
R 5 18Ω
R2
R 3 24Ω 15Ω
R 6 22Ω

2.2Ω，82Ω，47kΩ…
抵抗器の値の由来■ 1 〜 10 の間を等比数列でばらしてある
抵抗 R ，コンデンサ C の値は，101/3 ≒ 2.2 を基本とした等比数列である E 標準数に従って作られています● 1 から 10 の間を等間隔に分割した E3 列，E6 列，
E12 列，E24 列
E 標準数は，1 と 10 の間をもっと細かく等間隔に分割します．まず，101/3 ≒ 2.2，102/3 ≒ 4.7 によって大（図 1）．
もともと，抵抗値や容量値は 1，10，100…，といきく 3 等分し，さらに 2 等分を繰り返していきます．1

うように 10 倍刻みで等間隔に並んでいると便利です．

と 101/3 ≒ 2.2 の 間 は 101/6 ≒ 1.5，101/3 ≒ 2.2 と 102/3 ≒さらに 1 と 10 の間，10 と 100 の間…，を等間隔に分割

4.7 の 間 は 103/6 ≒ 3.3，102/3 ≒ 4.7 と 10 の 間 は 105/6 ≒しようとすると，対数目盛りで考えることが必要です．

6.8 となります．これは，1 と 10 の間を 6 等分したもの

1 と 10 の間を分割するために，2 と 5 に目盛りを取で，E6 列と呼びます．中間をさらに 2 等分していけることを考えてみます．1 に対して 2 は 2 倍，5 に対して 10 は 2 倍なので，対数目盛り上では，1 と 2 の間，5と 10 の間は同じ距離です．2 に対して 5 は 2.5 倍なので，
2 と 5 の間だけ距離がちょっと離れますが，ほぼ三つば E12 列，E24 列などができます．

■ 等比数列の計算値を調整して現実合わせ
E3列〜E24列は，すべて2桁の数で表されます（図2）．

に分割できています．可変抵抗の値などには，1，2，5，

これは，10 m /n に近い 2 桁の値を選んだものですが，

10 の系列も使われています．

最も近い値ではない部分があります．

基本電子部品大事典

見本
75

1

電子回路の性能を引き出す
上手な抵抗器の選び方
パワー回路 / 計測回路から
RF/ インターフェース回路まで

表1

使う前に必ずチェック！ 抵抗の主要パラメータ

目的に応じて考慮しなければならないパラメータはさまざま．内容をおさえてエレキの性能をアップさせる

用

途

単位

説

定格電力

W

定格温度で連続的に消費できる電力の最大値

カテゴリ温度範囲℃

連続使用できる周囲温度範囲．消費電力によら上限だけでなく下限温度もある
ずこの範囲を超えて使用することはできない

定格温度

℃

定格電力を加えて連続使用できる抵抗周囲温度
個別規定がない場合は 70 ℃
の最高値

軽減曲線

％

連続して消費できる電力の最大値と周囲温度の 定格電力は定格温度以上で直線的に軽関係を示す曲線．通常は定格電力との比率で表す 減される

素子最高電圧（最高使用電圧）V

瞬間的に加わる素子最高電圧以上の仕連続して加えることができる直流電圧または商様は耐パルス・サージ・ESD 特性など
用周波数の交流電圧の実効値で規定される

耐パルス特性−

素子最高電圧や定格電力を超えるパルス波形に JIS C5201−1 の試験のほかに限界電力
どこまで耐えられるかを表す指標
曲線で表す場合もある

抵抗値許容差％公称抵抗値に対する偏差の許容値

抵抗温度係数ppm/K

規定の温度間における単位温度当たりの抵抗値 温度に対する変化率が一定とは限らな変化率
い

抵抗電圧係数％/V

規定電圧の 10 ％と 100 ％を加えたときの抵抗変
消費電力による温度変化で発生する温化率．規定電圧は定格電圧または素子最高電圧
度係数は含まれないのいずれか小さい方

耐サージ特性−

パルス波形を加えた後の抵抗値変化が，規定の限界電力曲線で表されることが多い
範囲に入るための限界値

耐 ESD 特性−人体モデルやマシン・モデルで静電気を加えた 抵抗でのエネルギー消費の関係から後の抵抗値変化率 ESD 限界電圧などで表される 10 k 〜 100 kΩが抵抗値変化の影響を
ときもある
受けやすい

広帯域回路 周波数特性−

終端用抵抗のときは VSWR やリターン・ロスで規定．シャント用低抵抗では直列インダクタン 汎用抵抗ではあまり規定されていない
ス成分で規定

電力回路

高精度
計測回路

インターフ
ェース回路

項

目

● 抵抗のパラメータ
表 1 はトラブルの原因になりやすい抵抗の主要なパ

明

備

考

定格温度以上では低減が必要

許容差によってほかのパラメータも変わることが多い

電力回路

ラメータです．電力回路，高精度回路，外部接続回路，● 要点① 条件次第で上限まで使ってよいとは限らな広帯域回路など用途に応じて分類しています．

い「定格電力」

電子部品としては比較的長い歴史のある抵抗ですが，定格電力は，定格温度において，その抵抗で連続消技術の進歩や国際規格との整合性などから最近でも規費できる最大電力です．定格温度は特に規定がなけれ

格は改定されています．本章に記載していること以外

ば通常は 70 ℃です．

にも，ヒートシンクや取付金具のある抵抗における端ここで気を付けなければならないのは，抵抗周囲の子との絶縁抵抗や絶縁電圧，巻き線抵抗を想定したリ温度です．写真 1 のように周りに何もないときは問題

アクタンス，雑音などいろいろなパラメータがあります．

ありません．しかし，写真 2 のように電力抵抗を密集

基本電子部品大事典

見本
87

抵抗器

第4章

1
抵抗器

第5章

抵抗器の
やっちまった伝説集
地雷はいっぱい！
ちょっとした気配りがあなたを救う

バックアップ・モードに移行する間に電源がいったん■ バックアップ電源にプルアップ抵抗は禁物

0 V に落ちてしまいます．

● リチウム・コイン電池が 1 年もたない● 原因と対策

図 1 に示すのは，スリープ・モードでリチウム・コ

BT1 が消耗する原因は，R 5 や R 6 などのポートのプによるバックアップ電源に切り替える回
イン電池（ BT1 ）

ルアップ抵抗がバックアップ電源につながっているか

路です．

らです．スリープ・モードでは，ポート回路はアクテ

メイン電源が ON すると，IC1 が “H” となり，Tr1ィブではなく R 5 や R 6 のプルアップ抵抗には電流が流と Tr3 が ON して，＋ 5 V の電圧が Tr1 を通じてマイれます．図 2 のようにバックアップ電源とプルアップ

コンに供給されます．BT1 の電圧は Tr2 によって遮断用の電源を区別します．プルアップ抵抗は，すべてメ

されています．メイン電源が OFF すると，IC1 の出力

イン電源（＋ 5 V）に接続します．IC3 は，リセット電は 0 V，Tr3 は OFF，Tr1 は OFF， そ し て Tr2 が ON

圧を BT1 の電圧以下に設定し，バックアップ移行時にになって，BT1 の出力がマイコンに供給されます．

リセットが掛からないようにします．IC2 は，BT1 交

図 1 の回路は次のような問題点をはらんでいます．

換時にバックアップに入らないようにするために必要①メイン電源 OFF で BT1 が 1 カ月ももたないです．

②メイン電源 OFF の状態で BT1 を交換すると，〈漆谷 正義〉

勝手にマイコンが起動して1日でBT1 がなくなる■ CMOS ロジックの入力を
VCC /2 で安定させてはいけない③スリープ・モードに移行する前にリセットが掛かる③の不安定要因は電解コンデンサ C 2 にあります．

● 微小に変化する信号をロジック・レベルに変換

リチウム・コイン電池は内部抵抗が大きいので，容量微小なアナログ信号で CMOS ロジック・カウンタの大きいコンデンサを接続すると立ち上がりが遅くなり，などを駆動するときには，図 3 に示すような回路を利I C1 TC54VC4302（マイクロチップ・テクノロジー）
1

OUT I N

VSS
R4
2.2k
A

＋5V（メイン電源）
2

3

R2

Tr3
10k
DTC144（ローム）

R1

C1

0.1μ

2.2M
BATT OFF

Tr1
動作時ON
2SA1313（東芝）
バックアップ時ON
Tr2
2SK303L-V3
UTC

R 3 470Ω
電流制限

C2

47μ

C3

0.1μ

BT1
3V

AVCC

マイコン
REMOCONSO
BATT OFF

バックアップ用リチウム・コイン電池

基本電子部品大事典

VCC

R5

R6

100k 100k

…

⁝

図1
メイン電源
（＋5 V）を OFF
するとマイコンに供給される電源がバックアップ
電源に切り替わる回路

電圧検出器：メイン電源が4.3Vに低下すると L を出力する

見本
97

第1章

電気をためる基本部品「コンデンサ」のふるまいと性質
相手の気持ちになって上手に使いこなそう● 電気だと…流れ込んだ電流の総量に比例して電圧電気をためる部品コンデンサが徐々に上がる
今度はキャパシタの動作のイメージを，電気に置きキャパシタ（capacitor）は日本では一般にコンデンサ（condenser）と呼ばれています．本章では英語のcapacitor のカナタナ表記のキャパシタとなるべく表記します．

換えてみましょう．水量をキャパシタの電流，水位をキャパシタの電圧と置き換えます．
バケツには水が注がれ，その結果，水がたまっていく，という様子を数式で示してみます．キャパシタ電流 I C ，キャパシタ電圧 V C ，キャパシタの容量つまり■ 基本特性キャパシタンスをC とすれば，次のように書けます．

● キャパシタはバケツ！ 水を入れると水位が上がる
キャパシタの動作イメージを図 1 に示します．図 1

VC ＝

1
C

IC dt

（1）

ではキャパシタをバケツで表しています．ビーカーやキャパシタに電流 i が流れると，キャパシタ電流I C

水筒など水を入れる容器であれば，イメージは伝わるが積分され，キャパシタ電圧V C が徐々に増加します．

と思います．

キャパシタンス C が大きいとキャパシタ電圧V C の変

水を入れると水位が上昇し，水量に細かな変動があっても水位はそれほど変動しません．これがキャパシ化は緩やかで，キャパシタンスC が小さいとキャパシ
タ電圧V C の変化は速くなります．

タの基本動作です．
大小サイズの違うバケツに同じ水量の水を入れた場
合，流れ込む水量が同じならば，小さいバケツのほうが，より短い時間でバケツの水位は上昇します．

● 実験解説！ ホントに理論どおり振る舞う？
さて本当に式（1）のようになるのでしょうか，簡単な実験で確認してみました．実験回路は図 2 です．
DC 電流源を用意して 100 μF の電解コンデンサを充電してみます．
このとき式（1）は，キャパシタ電流 I C が DC，つまり一定の値であるので簡単に積分計算ができます．

VC ＝

IC
t
C

∵I C ＝ DC
（一定）

（2）

式
（2）
は，キャパシタを一定な DC 電流で充電すると，IC

容量が大きいと同じ水量でも水位の上昇が遅い
図1

120

容量が小さいと同じ水量でも水位の上昇が速い

キャパシタ（コンデンサ）は…電気をためるバケツ！

プログラマブル
直流電圧電流源
図2
実験回路で確認！ …ホ YOKOGAWA
7651
ントに理論どおりふる
まう？

0.1A

100μ
35V

C VC

見本

基本電子部品大事典

第2章
2

半導体 / 誘電体 / 圧電体 / 焦電体 / 絶縁体 / 透光体 /磁性体など

積層セラミック・コンデンサは，電解コンデンサな

基礎知識

どとは異なった電気的特性を示すため，性能を 100 ％引き出すには，その特徴をよく理解して使用することが必要です．ここでは，積層セラミック・コンデンサ■ あらましの長所を最大限に発揮するための電気的特徴や取り扱● 小型・大容量化している

い方法について解説します．

近年，積層セラミック・コンデンサの静電容量増大は目覚しく，特に 1990 年代後半からの小型大容量化● 位置付けの流れは，ムーアの法則＊に匹敵するほどのハイペー

今日，電子機器で主として使用されているコンデンスです．1980 年代には単位体積当たりの静電容量がサには，積層セラミック・コンデンサのほかに，タンタンタル電解コンデンサの約 10 分の 1 でしたが，2000

タル電解コンデンサ，アルミ電解コンデンサ，フィル

この市場拡大は，積層セラミック・コンデンサの電単位体積当たりの静電容量［μF/mm3］

年には 100 μF の大容量品を量産できるようになり，

気的特性，信頼性の高さが市場に認められた結果であ

図1

り，今後のより一層の拡大が期待できます．

静電容量体積比

図 1 に示すように積層セラミック・コンデンサの静電容量体積比はタンタル電解コンデンサの約 2 分の 1 ま
でに縮まっています．
この流れとともに積層セラミック・コンデンサは，すべての電子機器に搭載されているといっても過言ではないほど普及してきました．そして生産数量では，
図 2 に示すように電子機器用コンデンサ全体の 80 ％

数量［億個］

以上を占めるに至っています（1）．

9,000
8,000
7,000
6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
0

100
タンタル電解コンデンサ
10

1

0.1
積層セラミック・コンデンサ
0.01
1980

1985

1990
1995
［年］

2000

2005

積層セラミック・コンデンサとタンタル電解コンデンサの

C
E

D

B

A

A
B
C
D
E

セラミック・コンデンサ
タンタル電解コンデンサ
その他のコンデンサ
アルミ電解コンデンサ
フィルム・コンデンサ

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003［年度］

図 2 世界の電子機器用コンデンサの生産状況（World Capacitor Report/EIA Market Research）

基本電子部品大事典

見本＊：ムーアの法則 米インテル社の創設者の 1 人であるゴードン・ム
ーア氏が 1965 年に経験則として提唱した法則．半導体の集積密度は18 〜 24 か月で 2 倍になるというもの．半導体業界では有名な法則．

129

コンデンサ

よく使うコンデンサ①
積層セラミック・コンデンサ

第7章

トラブル対策集
極性 / 容量から使い所まで

症状はたいていすぐには出ません．ですから，入念な電解コンデンサの極性を逆にして使ってはいけない

確認作業をしている大メーカの品質管理部門でもたや
すくパスしてしまうのです．

● 電解コンデンサの逆接は発見が難しい
多くの回路設計者は，電解コンデンサの耐圧については注意されても「電解コンデンサの極性を間違ってはいけない」とはあまり言われないでしょう．当たり● 電解コンデンサは逆接でも動いてしまう!?
では図 1 に示す電源回路の電解コンデンサをわざと逆につないでみましょう．

前すぎるからです．しかし事故は実際に起こります．

電源投入初期はかなり発熱しますが，爆発するよう私が愛用している DVD プレーヤで，電解コンデンサ

なことはありません．写真 1（a）に示すように，出力の逆接続を発見したことがあります．そして実際に購

電圧（V out ）に含まれるリプル電圧がかなり大きい状態

入してから 1 年くらいで不具合の症状が出始めました．

（400 mVP−P）ですが，コンデンサとしてはある程度機

このように，電解コンデンサの逆接による不具合の能します．電解コンデンサを正しい方向に接続した場
合のリプル電圧は 1 mV 以下です．

D1
1N4004T1
AC
100V

7.5VRMS

D2
C1
7.5VRMS 1N4004 1000μ
25V

写真 1
（b）に示すのは，エージング後（1 時間経過後）
＋9V

Vout

C2
1000μ
25V

のリプル波形です．発熱は 30 分くらいで収まり，1 時間経過するとリプルは 20 mV まで小さくなります．
このあとは 1 年くらい経過してから，電解コンデン
サの正電極と負電極間の絶縁不良が起きたり，最悪の逆に接続してみる！

場合は短絡したりします．

正しい接続は

図 2 に示すのは，逆接した電解コンデンサに流れる
電流（リーク電流）を実測した結果です．発熱は 30 分
図 1 電源回路の電解コンデンサの極性を逆に接続すると何が起きる？
（C 1 とC 2 の極性を逆にして電源を投入）

0V

ほどで収まり，1 時間経過後はリークは 1 mA 以下になります．このあとの寿命は 1 年以下と考えられます．

0V
写真 1
実験回路（図 1）の出力電圧リプルの時間変化（2 ms/div.）

見本

初期は 400 mVP−P の大きなリプルが出るが，1（a）初期（200 mV/div.）

186（b）エージング後（100 mV/div.）

時間ほど経過すると収まってしまう

基本電子部品大事典

第1章

小信号用ダイオードの基礎と応用
アナログ信号やディジタル信号の流れを整える

図 1（a）に示すように，電線の場合，電流は電位の第で，金将以上の働きをしてくれる大切な部品です．

高いほうから低いほうに流れます．Ⓐ点のほうがⒷ点

ダイオードとはより電位が高ければ左から右へ，Ⓑ点のほうがⒶ点より電位が高ければ右から左へ電流が流れます．ここで，電線を切ってダイオードを挿入すると，電流は左から● 構造

右には流れますが，右から左には流れなくなります．

トランジスタに代表される半導体を材料にして作らこのように，ダイオードは電流の流れる方向を一方向

れた電子部品は，半導体素子または半導体部品と呼ばに制御する素子です．

れます．その中でもダイオード（diode）は最も基本的将棋の駒でいえば歩兵に当たる極めて単機能な素子な構造を持ち，その多くは P 型半導体と N 型半導体をですが，それゆえにたくさんの用途があり，電子機器とは「二接合した 2 端子の半導体素子です．ダイ（di−）には必ずと言っていいほど使われています．使い方次」の意味
つの」，オード（−ode）とは「電極（electrode）
があります．
この PN 接合の N 型半導体の端子側を「カ

電流

A

電流

5V

B

A

0V

5V

ソード」，一方の P 型半導体の端子側を「アノード」

ダイオード

B
0V

と呼び，アノードからカソードへは電流が流れやすく，
逆にカソードからアノードにはほとんど電流が流れな
いという特性を持っています．これを整流特性と呼び，一般的な電子回路で整流やスイッチングなどの用途に

A

電流

0V

（a）電源

B

A

5V

0V

ダイオード

B
5V

（b）ダイオードを挿入すると

図 1 ダイオードを電線に挿入すると電流は一方向にしか流れなくなる

数多く使われています．
図 2 に代表的なダイオードの構造図を，写真 1 に実際の素子の外観を示します．ほとんどのダイオードは，
P 型半導体と N 型半導体を接合させた（a）のシリコン
PN 接合型ですが，半導体と金属の接合による（b）のダイオードは電子の一方通行道路

210

見本

基本電子部品大事典

第2章

パワー・ダイオードの
基礎と応用

3
ダイオード

電源回路やモータ・インバータ作りに

パワー・ダイオードは，小信号用ダイオードに比べ逆回復時間は 0.5μ 〜 3 μs 程度です．さらに逆回復て扱う電力が比較的大きいため，回路の動作をよく理

時 間 の 短 い 超 高 速 整 流 用 ダ イ オ ー ド（Super Fast

解し，素子を適切に使用しないと，故障しやすく信頼

Recovery Diode：SFRD）も あ り， 逆 電 圧 は 400 〜性の低いシステムを作ることになります．最近は特に1000 V 程度，逆回復時間は 100 n 〜 300 ns 程度です．

スッチング電源などの高速スイッチング回路用途が多超高速整流用ダイオードをもっと高速にし，順電圧

く，サージ電圧や逆電流などによる素子破壊にも気をを小さくした高効率ダイオードもあり「ロー・ロス・

付けなければなりません．そのためにも，回路やデバダイオード」（LLD）と呼ばれています．逆電圧は 200

イスの特性をよく理解する必要があります．

〜 600 V 程度，逆回復時間は 35 n 〜 100 ns 程度です．

Low

Loss

Diode

本章では，順方向電流が数〜数十 A 以上のパワー

以下，高速整流用 / 超高速整流用 / 高効率ダイオー

回路用ダイオードの使い方の基礎を，実際の応用回路

ドは，すべて高速整流用ダイオードとして扱います．

を示しながら解説します．
Schottky

BarrierDiode● ショットキー・バリア・ダイオード

パワー・ダイオードとは

以下，SBD と呼びます．金属と半導体の接合による整流性を利用したダイオードで，ショットキー氏がパワー・ダイオードは，0.5 A 程度以上の大きな電提唱しました．多数キャリア素子のため，原理的には流を整流する目的で使用する素子です．一般に RF 信

逆回復時間がなく，高速なスイッチングが得意です．

号などを整流するダイオードのことを検波ダイオード

主な用途はスイッチング電源などの 2 次側整流回路でと呼びますから，整流用ダイオードはパワー回路用とす．パワー・ダイオードの中で最も順電圧が小さく，考えてよいと思います．

逆回復時間が短いため，高速スイッチング回路によく使われます．ただし．逆電圧が 30 〜 90 V 程度とあまり■ 3種類に分類できる高くないため，低電圧の整流回路での使用が中心です．

● 一般整流用ダイオード
主に商用周波数（50/60 Hz）を整流する回路に使い■ パッケージと内部接続

ます．比較的安価です．逆電圧は 100 〜 1500 V 程度で，

写真 1 に示すように，リード・タイプ，表面実装タ

逆回復時間は 30μ 〜 100 μs 程度です．逆回復時間がイプ，自立タイプ，モジュール・タイプがあります．

遅いため，高速スイッチング回路に使用すると，大きパッケージの名称は，JEDEC（米国業界団体の規格）な逆電流が流れて，発熱したり破損します．また，大や EIAJ（日本電子機械工業会規格）などの他に，各メきな逆電流によりノイズを発生します．

ーカ独自の寸法や呼び方があります．DO−× × や TO−× × が JEDEC で，SC−× × が EIAJ の名称ですが，TO−3P は JEDEC には存在せず，EIAJ の SC−65 とな● 高速整流用ダイオード
Fast

RecoveryDiode

フ ァスト・リ カバリ・ダ イオード（以下，FRD）とります．また，DO−15 と SC−39 は同じものです．ダも言います．主にスイッチング電源などの高速スイッイオードに限らず半導体のパッケージ名称は非常に複チング回路に使います．逆電圧は 100 〜 1500 V 程度，

雑です．

基本電子部品大事典

見本
225

第1章

振動子と発振器の基礎知識
10 − 2 のシリコン・タイプから
10 − 13 の超高精度セシウム原子時計まです（写真 1）．水晶振動子よりは精度が悪いですが，小振動子のいろいろ型で安価です．精度は 0.1 % 程度です．発振周波数は
数百 k 〜数十 MHz 程度です．

●シリコン振動子（これから精度向上が見込まれるマ
イコン内蔵振動子）
振動子の周波数精度を図 1 に示します．この中で，近年のマイコンにはクロック用のシリコン振動子が内蔵されることが増えています．マイコンと同じシリコ
ン・チップ上に発振回路を形成しているため，極めて小型かつ低コストで実現できます．
精度は一般的に数 % で，発振周波数は回路方式に依存します．自由度が高いため GHz オーダの周波数まで，用途に応じてさまざまな振動子をシリコン・チ
ップ上に作り込めます．
温度や電源電圧などの動作条件によって周波数の変動が大きく，ジッタも大きいため，高精度のタイミン

写真 1
子

セラミック発振

セラロック CSTCR̲G
（村田
製作所）

グ生成や高速通信のクロック源としては向きません．
将来的には，回路技術の向上や MEMS 技術の進歩などによって性能が上がっていくでしょう．
● セラミック振動子（精度 0.1%，発振周波数 数百 k
〜数十 MHz）
圧電セラミック材料を共振器として用いた振動子で

写真 3

水素メーザ原子時計

写真 2 恒温槽付水晶発振器（OCXO）

2016 年 12 月現在は特機品扱いの

OG2525CCN（エプソン）

原子時計が作られている

SA0D05A（アンリツ）．より小型の1×10−1 1×10−2 1×10−3 1×10−4 1×10−5 1×10−6 1×10−7 1×10−8 1×10−9 1×10−10 1×10−11 1×10−12 1×10−13（10％） （1％） （0.1％）
シリコン振動子

水晶振動子（OCXO）

セラミック振動子

ルビジウム原子時計
水晶振動子

セシウム原子時計

水晶振動子（TCXO）

図1

246

振動子の種類と精度

見本

基本電子部品大事典

第2章

水晶振動子のいろいろ
MHz タイプ，kHz タイプ，チップ・タイプ，
リード・タイプ

4に浸し，高温高圧で 1 カ月以上かけて再結晶化します．
再結晶化したものがアズグローン（人工水晶）
で，これを発見しました．また 1881 年にリップマンが結晶板をウェハ状に加工して利用しています．

に電界を掛けると機械的なひずみまたは力が生じる

このため天然の水晶に比べ不純物が少なく，双晶と「逆圧電効果」を予想し，その年の暮れにキュリー兄

呼ぶ結晶軸の異なった部分もなく，工業的に加工しや（2）．
弟の実験により確認されました（1）水晶振動子は，水晶の「圧電効果」と「逆圧電効果」

すく，材料の無駄を少なくできます．
▶セラミック振動子との比較を利用しています．水晶はほかの結晶に比べQ が高い

水晶のほうがQ が高く，安定した周波数を維持できので安定な振動が得られるため，水晶振動子は昔からます．また広い温度範囲で周波数偏差が小さい特徴を無線通信にはなくてはならない電子部品です．最近の持っています．水晶のQ は数万から十数万です．Q がディジタル機器にも欠かせないものとなっています．

高いということは，一度振動すると振動が長時間減衰
せずに振動し続けることを意味しますが，実際には抵用途と特徴

抗分の損失によって減衰していきます．
▶主に AT カット水晶板が使われる● 用途

水晶振動子は，水晶のカット角によって温度特性が水晶振動子は，その周波数安定性を生かして，通信機器，電子機器，コンピュータとその周辺機器，カー・エレクトロニクス，音響映像機器，時計，玩具などの信号源，クロック源に利用されています．

異なります．主に使用されるのは厚み滑り振動で発振する AT カットの水晶板です．
図1（a）に AT カット水晶板の電荷分布モデルを，図1（b）に振動偏位モデルを示します．

安定なものでは放送局用の高安定発振器，携帯電話

AT カットの水晶振動子の温度特性（図 2）は 3 次曲のローカル・オシレータ，コンピュータや周辺機器の線で，目的とする温度範囲に入るようなカット角を選

クロック源，ゲーム機にも利用されています．

定します．

このことからディジタル機器の鼓動を担う心臓部と腕時計用として使われる振動子は＋ 5°
X カットで音して，また移動体通信機器のキー・パーツとして活躍

叉形をしており，温度特性は 2 次曲線です．

しています（3）．

▶水晶振動子の電気的特性
図3（a）は，IEC や JIS で決められた電気記号です．

● 特徴▶人工水晶で作られている
昔はブラジルなどから輸入した水晶塊から切り出しzて加工していましたが，現在はほぼ 100 ％人工水晶を利用しています．
人工水晶の原料はラスカと呼ばれる水晶小片です．
特殊鋼製のオートクレーブに種水晶をつるして，溶液

基本電子部品大事典x（a）電荷分布モデル

図1（b）振動偏位モデル

AT カット水晶板のモデル

見本
251

発振器

1880 年にフランスのキュリー兄弟は結晶板に圧力を加えると両面に逆極性の電荷が生じる「圧電効果」

第3章

水晶発振回路の作り方
振動子が気持ちよく振動し続ける条件を探す

水晶振動子の等価回路を図 1 に示します．表 1 に，一番オーソドックスな
CMOS 水晶発振回路

水晶振動子の特性を表したり製品カタログに書かれる特性などを表す用語を示します．
水晶振動子には独自の記号や意味があるので覚えて

図 2 が標準的な基本波 CMOS インバータ水晶発振回
路です．発振回路に求められる特性によって回路定数

おきましょう．

が変わり，それぞれの部品ごとに役割を持っています．
L1● 五つの部品で構成できる▶Inv（インバータ）≒

図1

C 1 R1C0

水晶振動子の等価回路（注）注▶水晶振動子の記号は，IEC 規格や JIS 規格が変更されていて，現在では下記となっている．

Rf を接続して反転アンプとして使用します．アンバ
ッファ・タイプ（後述）以外は水晶発振回路に使用でき
ません．
▶Buf
（バッファ）
発振用と同じインバータを使う場合やシュミット・

表1

水晶振動子に関する主な用語（参考文献を参照）
用

語

266

記号

意

味

C1

等価回路の直列アームのキャパシタンス

直列インダクタンス

L1等価回路の直列アームのインダクタンス

直列抵抗

R1

等価回路の直列アームの抵抗値

並列容量

C0

等価回路の直列アームに並列接続されたキャパシタンス

共振周波数

fr

直列共振点付近における位相零点の周波数

反共振周波数fa

並列共振点付近における位相零点の周波数

負荷時共振周波数fL

共振周波数が負荷容量によって変化した周波数

周波数

fnom

公称周波数

オーバートーン次数OT

奇数次の振動モード（1，3，5，7，…）

負荷容量

CL

水晶振動子の負荷時共振周波数を決定するための外部容量

周波数許容偏差ftol

室温における公称周波数を基準とする最大周波数偏差

周波数温度特性ftem

25 ℃の値を基準とした指定温度範囲における周波数偏差

励振レベル

DL

発振している水晶振動子の内部で消費される電力

動作温度範囲Tuse

周波数温度特性を満足できる温度範囲

動作可能温度範囲Topr

恒久的なダメージを受けることのない動作温度範囲

保存温度範囲Tstg

水晶振動子にダメージを与えることなく保存できる温度範囲

頂点温度

Ti

2 次曲線温度特性を持つ水晶振動子の温度特性の頂点温度

2 次温度系数

B

2 次曲線に近似された水晶振動子の周波数温度特性

周波数経時変化fage

基準温度におけるエージングによって最初の 1 年間に変化する水晶振動子の周波数

直列容量

見本

基本電子部品大事典

第4章

水晶発振回路トラブル
原因と対策
止まることは許されないのだ…

4
ンバータ IC を使います．このとき，発振させたい周波

水晶振動子は，電圧を加えるとある一定の周期で伸数で十分なゲインがない IC を使うと，発振しない場合

び縮みを繰り返しはじめます．この周期はとても正確があります．水晶発振回路には発振周波数帯に適したで安定しているので，電子回路の大切な基準信号源と伝搬遅延時間の IC を使う必要があります．

して利用されています．

ゲイン不足でもともと止まりやすいギリギリの状態

この水晶発振回路は，突然発振しなくなることがあります．水晶発振回路の設計を誤ったことが原因の場で発振していたために，回路のゲインが何らかの原因
で減少して発振が停止することもあります．

合もあれば，水晶振動子自体に発振停止の原因がある
場合もあります．これらはある日突然にやって来る疫病のようなものですが，原因別に対策をたてて回路を● 原因 動作周波数が遅いインバータICを選んでいた
表 2 は水晶発振回路に適した汎用インバータです．
それぞれに適した発振周波数帯があります．図 1 に示設計することで，トラブルを減らせます．
水晶発振回路の主な不発振の原因を表 1に示します．
本稿ではこれらの原因とその対策について整理して解すのは，10 MHz 以上の発振には適さない IC と 20 MHz
水晶振動子を組み合わせてしまった例です．

説していきます．MHz 帯は主に 3 MHz 以上，kHz 帯

反転増幅器のゲイン（増幅度）
や回路定数によって変は主に 32.768 kHz の水晶発振回路を指すことにします．

化します．CMOS 水晶発振回路の負性抵抗は一般的に図 2 のような周波数特性を持っています．一般的に① 発振周波数で十分なゲインを持たないインバータ IC を選んでいた

CMOS 水晶発振回路の負性抵抗は温度上昇とともに値が減少します．ここで，負性抵抗とは水晶振動子を発振させるための回路側の能力のことで，抵抗の逆の■ MHz 帯の振動子の場合意味として負性抵抗と呼ばれます．

水晶発振回路にはアンバッファ・タイプの CMOS イ
Rf

図 2 の点Ⓐの条件（20 MHz）で発振しているとしま

表 1 水晶発振回路が不発振になる主な原因
TC4069UB

水晶振動子

C1

C2

12p

12p

MHz 帯は主に 3 MHz 以上，kHz 帯は主に 32.768 kHz の水晶発振回路のこと．DLD（Drive Level
Dependence）不良とは励振電流に依存する不良のこと

分

類

原

因

① IC が発振させたい周波数に適していない（MHz 帯 /kHz 帯）② IC の焼損（MHz 帯）
回路設計上の誤り③ 回路定数の選定ミス（MHz 帯 /kHz 帯）④ 音叉振動子の破損（kHz 帯）

図 1 10 MHz以下の発振に適さない CMOSインバータを使った20 MHz 水晶発振回路⑤ 電源パスコンの付け忘れ⑥ 発振回路が起動条件を満たさない（MHz 帯）
IC の不具合⑦ ゲインの温度特性異常（MHz 帯）⑧ IC ばらつきによる単純なゲイン不足（MHz 帯 /kHz 帯）

水晶振動子の不良

基本電子部品大事典⑨ MHz 帯水晶振動子に異物が付着（DLD 不良）⑩ 共振抵抗の温度特性ディップ

見本
279

発振器

● 絶対に止まらない水晶発振回路はない

第5章

水晶発振器モジュールのいろいろメーカ製だからつないで電源を加えるだけ！
振動子と回路のワンパッケージ・タイプ

4発振器

水晶発振器は，水晶振動子と発振回路を内蔵してい（1）水晶振動子の特性をそのまま利用するます．電源を供給して負荷を接続するだけで，通信，（2）温度特性を補償して利用する

情報処理システムなどで必要とされる，±1×10−4 〜（3）温度を一定に制御して利用する±2×10 −9 程度の安定した周波数偏差の信号を取り出があります．

せます．

また，外部電圧による発振周波数の電圧制御機能を

水晶振動子は，抵抗，コンデンサなどの受動素子と付加したものもあります．

比べて，規格や諸特性が複雑です．このため，必要と表 2 に，水晶発振器の動作温度範囲と周波数安定度する周波数や周囲環境条件，発振回路方式などの違いを示します．表からわかるように必要な周波数安定度

により，設計の注意点が異なります．このため安定にから発振器の種類が決定します．

発振させることが比較的難しい電子部品です．
そこで，一部の量産品を除けば水晶振動子を購入し● 水晶振動子の特性をそのまま利用する
周波数偏差が±3×10 −6 〜±100×10 −6 の仕様では，て，発振回路の設計と組み立て，試験および品質管理を自社で行うよりも，メーカから水晶発振器を購入す

水 晶 振 動 子 の 特 性 を そ の ま ま 利 用 し て い る SPXO

るほうが，総合コストが抑えられます．

（Simple Packaged Crystal Oscillator）タイプ（図 1）が分類

VCC

水晶発振器は，水晶振動子の共振回路のＱ 値が高い

出力性質を利用して正確な周波数の信号を得ています．
● 周波数安定度で分類
水晶発振器は，周波数安定度の違いにより表 1 のよGND

うに分類できます．
周波数を安定化する方式としては，

表1
水晶発振器の分類

図1

機能
基本デバイス
水晶の特性をそのまま利用
周波数温度特性を補償して利用
恒温槽中で温度制御して利用

基本電子部品大事典

TCXO
DTCXO

SPXO のブロック図

発振機能

周波数電圧
制御機能付き

SPXO

VCXO

直接補償
間接補償
ディジタル補償
OCXO

VC−TCXOVC−DTCXO

直接補償
間接補償
ディジタル補償

VC−OCXO

見本
287

第6章

とにかく安い！
セラミック発振子
ワンチップ・マイコンやリモコン用のお手軽部品

マイコンなどの IC は内部のプログラムを動作させ（自発分極）を生じている「強誘電体」があります．焼るために基準クロック信号を必要とします．この基準

き固めたばかりの強誘電体セラミックスでは，この自クロックを作るセラミック発振子は，圧電性を持つセ発分極の向きがばらばらでセラミックス全体としては

ラミックスの機械的共振を利用したものであり，一定

見掛け上電荷の偏りがないように見えます（図 1）．

周期のパルス信号（クロック信号）を作り出すために広▶強誘電体に高い電圧を加え分極処理を行うと圧電体

く使われています（写真 1）．ここでは，セラミック発

セラミックになる振子の特徴と使い方を紹介します．

高い電圧を加えると，自発分極の向きが一様の方向にそろい，電圧を取り除いても元に戻らなくなります．

基礎知識

このように自発分極の向きをそろえることを分極処理といい，強誘電体セラミックスに分極処理を行うと，● 焼き固めたばかりのセラミックスは電荷の偏りが圧電体セラミックスが誕生します（図 2）．

ない強誘電体セラミックスは一般的に細かい結晶の集まりで，● セラミックスはなぜ振動するのか

個々の結晶は正の電荷を持つ原子と負の電荷を持つ電圧電体セラミックスに外部から電圧を加えると，セ子から構成されています．セラミックスの多くはこのラミックス内部の正負それぞれの電荷の中心が外部電

正と負の電荷の釣り合いが取れた状態になっています

荷と引き合ったり，退け合ったりして，セラミックス

が，誘電体セラミックスの中には自然状態でも結晶中本体が伸びたり縮んだりします（図 3）．

の正負の電荷の釣り合いが取れておらず，電荷の偏り

また，圧電体セラミックスに圧力を加えると，片面には正の，他面には負の電荷が現れます．逆に引っ張ると，両面には圧力を加えたときとは反対の電荷が発生します．このように圧電体セラミックスは結晶の分①極を利用して，電気エネルギーと機械エネルギーを交②

換できます．

③④⑤

圧電性物質としては古くからロッシェル塩や水晶などの単結晶が知られています．ですが，セラミック発

⑥
⑦
⑧

⑨

⑩

⑪

写 真 1 セ ラ ミ ッ ク 発 振 子 あ れ こ れ（ 村 田 製 作 所， ①
CSBLA̲E， ② CSBFB̲J， ③ CSTLS̲X， ④ CSTLS̲G，⑤ CSTCV̲X， ⑥ CSTCW̲X， ⑦ CSTCC̲G， ⑧
CSTCR̲G，⑨ CSTCE̲G，⑩ CSTCE̲V，⑪ CSTCG̲V，）
3 端子タイプは負荷容量を内蔵する

298

見本

図 1 焼き固めたばかりの強誘電体セラミックス

基本電子部品大事典

第1章

インダクタの基礎と使い方
電源や無線回路のキー・パーツ

インダクタは，このインダクタンスL を持った回路①「コイル」と「インダクタ」の違い素子といえます．

② インダクタンスの決まり方

電子部品のコイルとインダクタはまったく同じ物です．正式名称はインダクタンス回路素子です．

コイルのインダクタンスL は式（2）で表されます．

インダクタ・メーカの多くは製品名として「インダクタ」を使っています．海外のメーカは「Inductor」
としています．また，機能を表す名称として「チョーL ＝k × μ×n ×n ×S × 1/l（2），
ただし，k ：長岡係数，μ：透磁率［H/m］

ク・コイル」「平滑コイル」なども使われています．
コイルとは，ぐるぐる巻きにした状態を指します．
本章では一般名称は「インダクタ」とし，機能や形態

n ：コイルの巻き数，S ：コイル輪の面積［m2］，l ：コイルの長さ［m］
インダクタンス（以下，L 値）を大きくするには，コを表すときには「コイル」を使うこともあります．

イルの巻き数を多くする，コイルの輪の面積を広くす

インダクタとは，導線を同心円状，または渦巻き（スる，透磁率 μ の値を大きくするのいずれかが有効です．

パイラル）状に巻き線した電子部品です．
図 1 のように導線をコイル状にして電流を流すと磁コイルの巻き数を増やすのもコイルの輪の面積を広束が発生します．そして，電流が変化すると磁束が変くするのもインダクタを大型にします．大きさを変え化し，その磁束の変化を打ち消す方向に磁束が発生しないで大きな L 値にするには透磁率 μ を大きくしま
す．μ は磁束を集める力の強さのことで，図 2 のようて逆起電力が発生します．

に多くの磁束を通します．

このことから，コイルは電気エネルギーを磁気エネ
ルギーに変えて蓄積します．この電流の変化と起電力

透磁率の大きな物質を強磁性体と呼び，鉄，ニッケの比が誘導係数（インダクタンス）です．記号で表すとルなどの金属，パーマロイやセンダストなどの合金おL で，単位は H です．式で表すと式（1）となります．

よびフェライトがあります．

L ＝−e（dt /dI ）フェライトは酸化鉄を主原料にして銅，マンガン，（1）

亜鉛などとともに焼き固めた磁器の一種です．コイル

ただし，e ：起電力
磁束

磁束

図 1 導線をコイル状にして電流を流すと磁束が発生する

306

図2

見本

透磁率 μ は磁束を集める力の強さ．透磁率 μ が大きいと多くの磁束を通す

基本電子部品大事典

第2章

チップ・コイルの基礎知識
小型低背のポータブル機器で作るために■ 小型低背コイルの市場動向

携帯電話をはじめとするモバイル機器は小型である

携帯電話，デジカメなどのディジタル機器が広く普ことから，使用されるコイルも小型低背を求められて及し，その販売台数は年々増加傾向にあります．ディ

います．定義はありませんが，「小型低背コイル」とジタル機器における高性能化，多機能化は日進月歩で称するサイズは床面積が□ 4 〜 2 mm，高さ寸法は 1.0

変化し続けています．

〜 1.5 mm の範囲が一つの目安です．

携帯電話を例にとれば，初期モデルは通話機能に限

これらのコイルはモバイル機器を背景にここ数年でられていましたが，その後多機能化が図られ今日に至新規に生まれた需要であり，今後ますます増加の一途っています．そして，多機能化に比例して，機器の消をたどると考えられます．

費電力は確実に増加しています．
● 小型低背コイル登場の背景
携帯電話にスイッチング方式の DC−DC コンバータ■ 低ノイズ化が求められる小型低背コイル● 閉磁路タイプとハーフ磁気シールド・タイプの漏洩磁束が使用されるようになったのは 2003 年ごろです．そモバイル機器に搭載される電子部品は，高密度な実れまでの電源は，バッテリから直接供給するか，シリ

装を施されています．モバイル機器における電源系コーズ・レギュレータを介して目的の電圧に降圧して供イルは，圧倒的に閉磁路タイプ（図 1 参照）が使用され給していました．ところが，前述のとおりディジタルていますが，その理由は，コイルに電流が流れたとき機器の多機能化が進むにつれて，バッテリの持ち時間に発生する磁束によるノイズの影響を周辺に与えないが問題視されるようになってきました．

ためです．構造上，磁束を漏洩しないように組み込ま

このような背景から，バッテリの長時間使用を目的に，高効率な電源設計を目指した結果，コイルを使用れているのがリング・コアで，その材質はドラム・コアと同様に焼成体のフェライトです．
最近では，閉磁路と開磁路の中間に位置するハーフ

ドラム・コア

磁気シールド・タイプ（写真 1 参照）の電源系コイルを，

1.2 mm（max）

樹脂とフェライト粉の混合材料

リング・コア

（a）外観
写真 1
図1

閉磁路タイプのコイルの構造図

基本電子部品大事典（b）樹脂とフェライト・パウダの混合材料

見本

ハーフ磁気シールド・タイプの電源系コイル

磁気シールド機能は樹脂とフェライト・パウダの混合材料

351

5
インダクタ／コイル● ディジタル機器の多機能化と消費電力の増加

したスイッチング方式の DC−DC コンバータが広く使用されるようになりました．

第1章

安全確保！
リレーの基礎知識
異常発生！ 電力供給緊急停止！

構成されており，信号や電力の “入” “切” は電子的に■ リレーの種類

行う● 2 種類ある

分類を図 1 に示します．分類には，以下に示すいろ

リレーには有接点リレーと無接点リレー（SSR：

いろな方法があります．

Solid State Relay）があります．
▶有接点リレー：負荷を開閉させるために接点を有し，● 負荷仕様による分類

それを機械的に開閉させ信号や電力の“入” “切”を行う

有接点リレーは，主にパワー系の負荷を開閉するパワ▶無接点リレー
（SSR）：機械的な可動部を持たず，内ー・リレーと，微小負荷の信号や高周波を開閉するシグ

部はトライアック，抵抗器などの半導体，電子部品でナル・リレー，高電圧 / 高電流の直流負荷を遮断する

負荷仕様による分類
パワー・リレー
有接点リレー

DC 高容量リレーがあります．無接点リレーは交流，直流，交流・直流，直流ロジック出力用のリレーがあります．

シグナル・リレー
DC高容量リレー● 有接点リレーは構造により分類できる
有接点リレーは，その構造によって分類することもリレー
無接点リレー
（SSR）

交流負荷用

できます．ヒンジ型リレー，プランジャ型リレーがあ

直流負荷用

り，機器内蔵用の基板実装リレーではヒンジ型リレー

交流・直流負荷用

上段：基板実装型
下段：基板取り付けなどの基板実装用途を除く

直流ロジック出力用
有接点リレー
パワー・リレー形G2R-1A

図1382

無接点リレー（SSR）

シグナル・リレー DC高容量リレー

G6J（U）-2FS-Y

リレーの分類（オムロンの場合）

形G9EA-1-B

交流負荷用

直流負荷用

交流・直流負荷用 直流ロジック出力用形G3MC-202
PL-VD-1形G3TB-OD
201P

形G3DZ-2R6PL

形G3PE-215B

形G3NA-D210
B-UTU

形G3RZ-201SLN 形G3TA-IAZR02S形G3TBIAZRP02P-US

見本

基本電子部品大事典

第2章

マイコン直で ON&OFF！
半導体リレー
交流信号の ON/OFF から電力制御まで● はじめに…光カプラから半導体リレーへ● 半導体リレーの種類

半導体リレーは，内部に光伝達構造を持つことによ大きく分けて MOSFET 出力（以降，フォト MOS リって，入出力間（1 次と 2 次の間）の絶縁性を確保します．

レー）とトライアック出力（以降，SSR）があり，おの同時に出力段にパワー・スイッチング素子を使い，負おのの特徴を生かした用途があります．

荷を開閉したり信号の伝達を行います．

フォト MOS リレーは品種も多く，パワー MOSFET

実際の使用機器では，●安全規格への適合●

耐ノイズ性向上

技術の向上によって，負荷機器を単に開閉するだけでなく，さまざまな用途に使用されています．
SSRは負荷の範囲が狭く，商用電源であるAC100 V/

駆動回路が簡素化できるためハイサイド・スイ

200 V 負荷専用として使われます．家電，産業機器なッチ用

どで大規模な市場が存在します．

●などでメカニカル・リレーとともに半導体リレーが活用されています．

両者ともに特徴があり，MOSFET 出力とトライア
ック出力の使い分けだけでなく，それぞれのシリーズ

表 1 に半導体リレーと光カプラの特徴を示します．

や品番によっての使い分けも必要です．

小型化，高容量化が進んでいる半導体リレーは，アイ

半導体リレー①
フォト MOS リレー

ソレータとして使用されている光カプラ類と同形状でありながら，直接負荷を制御できます．そのため，機出力スイッチング素子にパワー MOSFET を使った器の小型化や機能向上に使われています．

半導体リレーで，機械式リレーの高絶縁，高耐圧，出力リニアリティと，半導体の高寿命，高信頼性，高感表1

半導体リレーと光カプラ比較
種

光カプラ
半導体リレー

390

類

適用負荷

フォト・カプラ▶ DC 負荷専用
数十 V 〜，数十 mA▶直接負荷を開閉しない▶ DC 機器のアイソレーション
・トランジスタのドライバ
・信号入力

用

途

フォト・トライアック・カプラ▶ AC 負荷専用
AC100/200 V，数十 mA▶直接負荷を開閉しない▶ AC 機器のアイソレーション・トライアック，サイリスタのドライバ
・小型（数 W 程度）の負荷制御

フォト MOS リレー▶ AC，DC，アナログ負荷〜 1500 V，〜 4 A▶幅広い負荷，アナログ信号に使える▶負荷制御
モータ，ソレノイド▶信号制御
計測：信号取り込み部（アナログ，高電圧など）
アナログ通信：フック・スイッチ，回線切り替え
ディジタル通信：T1 や T3 回線

SSR（トライアック出力）▶ AC 負荷専用
AC100/200 V，〜数十 A▶幅広い負荷電流で使用できる▶家電機器
ヒータ，ソレノイド，ファン・モータ制御▶産業機器
ヒータ，モータ，ソレノイド制御

見本

基本電子部品大事典

第1章

過電流保護素子の基礎知識
異常が発生した回路を電源から切り離すます．基板がひずんでも金属端子が変形してヒューズ

異常時に切れる保護素子ヒューズ

本体に力が伝わりにくいようになっています．写真 1（c）はセラミック・ケースの両端に金属の端子があるタイプです．一般のセラミック・ヒューズを小型化しヒューズとは…

て，表面実装できるように角張った外観をしています．

電子機器では，ユーザの誤使用や機器の故障に薄膜ヒューズは最も小型で，チップ抵抗と同様による火災や漏電などの 2 次災害のリスクを最小限

1005 から 3216 までのサイズがあります．モールド・にとどめることが求められます．本章で紹介する

タイプは薄膜よりも少し大きく，3216 サイズかそれ

ヒューズは，過電流に対して，溶断が起きて断線

以上のサイズが多くなります．セラミック・ヒューズ

します．一度切れたら戻りません．薄膜，モールはさらに大きい品種が多く，高電圧や 1 次側回路にもド，セラミックなどのタイプがありますが，それ使用できるものもあります．

ぞれ過電流で溶断する部分（ヒューズ・エレメン
ト）を持ちます．

● 内部構造：必ずヒューズ・エレメントを持つ製品が寿命を終えるまで，ヒューズがその役割各タイプのヒューズの構造を図 1 に示します．薄膜を果たさない方が望ましいため，高い信頼性が求ヒューズは，セラミックや樹脂ベースの表面に金属のめられます．

薄膜でヒューズ・エレメントを形成し，保護膜で覆っ
ています．

■ 構造

モールド・タイプは，金属線のヒューズ・エレメン● 3 種に分類できる

トを樹脂でモールドしています．

表面実装型のヒューズには，写真 1 のようにいくつ

セラミック・ヒューズは，セラミック・ケースの中かのタイプがあります．写真 1（a）は薄膜型といわれに金属線のヒューズ・エレメントが内蔵されています．

るヒューズで，チップ抵抗などと同じ外観です．写真

高電圧に耐えられるように，電極間が広く，ヒューズ・1（b）は，チップ・ダイオードのように，樹脂モール

エレメントは空中に浮いた状態になっています．

ドの両端から下に回りこむような形状の端子が出ていチップ抵抗と同じくらいの大きさ

（a）薄膜
写真 1

412

両端から金属端子が出て下側に曲がっているので，基板がひずんでもヒューズ本体に力が伝わりにくい（b）モールド

表面実装ヒューズには応力に強いタイプが用意されている（KOA）

ケースがセラミックなので，外部応力に対して強い．また，端子間の耐圧が高いので，定格電圧が高い

見本（c）セラミック

基本電子部品大事典

第2章

過電圧保護素子の基礎知識
ツェナー・ダイオードやバリスタ，抵抗器で対策できるした構造となっています（図 1）．通常，ダイオードはESD 保護用ツェナー・ダイオード

アノード側（P 型半導体）に電圧（順電圧）を印加すると電流（順電流）が流れますが，カソード側（N 型半導体）

ESD 保護用ツェナー・ダイオードとは…
外来サージによる機器の誤動作，破壊から機器を保護するために使います．ツェナー・ダイオー化回路などで使われます．それ以外に，半導体の降伏（ある電圧で急激に電流が流れる）特性を利用
して過電圧リミッタや突発的なサージの吸収にも優れた効果を発揮します．特に，このような目的に特化したものを ESD 保護（サージ吸収）用ツェ
ナー・ダイオードといいます（写真 1）．

図 2 はダイオードの電圧−電流特性を示したもので
す．順方向領域，飽和領域，降伏領域に大別されます．
通常，ダイオードは順方向領域での動作を行いますが，逆方向の降伏特性を利用したものがツェナー・ダイオ
ードです．飽和領域で逆電圧を大きくすると逆電流は徐々に増加し，ある逆電圧を超えると急激に増加し，この現象を降伏と呼びます．
PN 接合型の小信号ダイオード，例えばスイッチン
グ・ダイオードでは降伏電圧が 30 V 〜 60 V となりま
すが，ツェナー・ダイオードでは用途・目的に応じて
2 V 〜数十 V（製品によっては 100 V 超）となっていま■ 特性

す．ツェナー・ダイオードはこの降伏領域で動作させ，● ある電圧を超えないように電流を流す
接合型ダイオードは P 型半導体と N 型半導体を接合

降伏電圧をツェナー電圧 V Z と呼び，ツェナー・ダイ
オードを選択する際の重要な要素となります．
● 入力部に入れると外来サージから回路を保護できる
前述の通り，ツェナー・ダイオードは定められた電電流飽和領域で逆電圧を大きくすると逆電流が徐々に増加する（a）2端子品
写真 1

IF
順方向領域

（b）5端子品VZ

ESD 保護用ツェナー・ダイオード

電圧

VF
順方向：電流が流れやすい
カソード

P型

N型

飽和領域
アノード

逆方向：電流が流れにくい

図1

接合型ダイオードの構造

基本電子部品大事典

降伏領域

IZ

ある逆電圧を超えると降伏する見本

図 2 ツェナー・ダイオードは加えられる電圧がある値を保つよ
うに電流を流す423

7
保護素子／ノイズ対策／放熱器

ドは「定電圧ダイオード」とも呼ばれ，電圧安定に逆電圧を印加しても逆電流はほとんど流れません．

第3章

ノイズ対策部品の基礎知識
ディジタル信号やアナログ信号の汚れを奇麗に洗い落とす

表1

インダクタとビーズの電気的特性の違い

インダクタンス［nH］

インダクタ
主特性

インダクタンス［H］ インピーダンス［Ω］

Q値

大きい

小さい

高周波損失

小さい

大きい

105

■ 役割

チップ・インダクタ

104

じです．

102

大きな違いは，構成している材料と電気的特性です．

チップ・ビーズ

10

電気的特性の比較を表 1 に示します．図 1 に代表的な

1

電気的特性の例を示します．
10−1

1

10
周波数［MHz］

102

103（a）インダクタンス特性60

Q

積層タイプのチップ・インダクタとチップ・ビーズの外観（写真 1）や製造方法，内部構造は，ほとんど同103

10−1 −210

この特性の違いが用途の違いになっています．
● チップ・インダクタの特性

チップ・インダクタ

チップ・インダクタは，インダクタンス特性を利用50した電子部品です．特性が良いチップ・インダクタは，

40

Q 特性は大きく，広い周波数範囲で一定のインダクタ

30

チップ・ビーズ

ンス特性を持ちます．Q 特性は，ビーズと比較して約203 倍の大きさになっています．

10
0 −2
10

高周波損失は高周波帯における抵抗成分です．イン
10−1

1

10
周波数［MHz］

102

103

104

高周波損失は単峰高山形です．

チップ・インダクタ

103● チップ・ビーズの特性

102

チップ・ビーズの高周波損失は，低い周波数帯からチップ・ビーズ

増加します．そして高くなった高周波損失が広い周波

10110−1 −2
10

10−1

1

10
102
周波数［MHz］（c）高周波損失特性

図1

インダクタとビーズの電気的特性例

部品特性解析ソフトウェア SEAT
（TDK）による

442

ダクタの高周波損失は，高周波帯で急に大きくなって，
狭い周波数領域しか持続していません．インダクタの（b）Q 特性インピーダンス［Ω］

チップ・インダクタとチップ・ビーズ

ビーズ

103（a）チップ・ビーズ（b）チップ・インダクタ（コイル）

MMZ1005（TDK）

MLF1005
（TDK）

写真 1

見本

チップ・ビーズとチップ・インダクタ（コイル）の外観

基本電子部品大事典

表4

Y
Y
M
M
C
C
K
K

表1

見本
M版→K角

K版→M角

CQ出版社 トラ技スペシャル増刊 基本電子部品大事典 表1-4 再校
背幅24mm 4C175L TF2 17/03/29 4F豊島 263×394