コンデンサ 初級者編

ここではコンデンサとは何か、そして一般的にどのような働きをするのかを理解するために、少し難しい話をします。コンデンサは、ほとんどの回路基板上にある小さな（ほとんどの場合）電気／電子部品で、さまざまな機能を果たすことができます。コンデンサを電流が流れる回路に入れると、マイナス側の電子が最も近いプレートに蓄積されます。多くのコンデンサは分極されていませんが、マイナスがアクティブリードであるのはそのためです。プレートで電子を保持できなくなると、電子は誘電体を通過してもう一方のプレートに押し出され、電子を回路に戻します。これが放電です。電気部品は電圧変動に非常に敏感であるため、電力スパイクは高価な部品を死に至らしめる可能性があります。コンデンサは直流電圧を他の部品に調整し、安定した電源を供給します。交流電流はダイオードによって整流されるため、交流の代わりにゼロボルトからピークまでの直流パルスが発生します。電源ラインからのコンデンサがアースに接続されているときは直流は通過しませんが、パルスがコンデンサーを満たすと電流が流れなくなり、実効電圧が下がります。給電電圧がゼロになる間、コンデンサはその内容物を漏らし始め、これは出力電圧と電流を平滑化します。したがって、コンデンサは部品にインラインで配置され、スパイクの吸収と谷間の補完を可能にし、これにより部品への一定の電力供給が維持されます。

コンデンサには数多くの種類があり、回路によって使い分けられています。あまりに見慣れた丸いブリキ缶スタイルのコンデンサは、通常、電解コンデンサです。誘電体で隔てられた1枚または2枚の金属板で作られています。誘電体は空気（最も単純なコンデンサ）または他の非導電性材料であることがあります。誘電体で分離された金属板フォイルは、フルーツロールアップのように丸められ、ケースに入れられます。これらはバルクのフィルタリングには最適ですが、高周波ではあまり効率的ではありません。

昔のラジオ時代のコンデンサーを覚えている人もいるかもしれません。多段缶コンデンサーであり、このコンデンサは4分割コンデンサです。つまり、1つの缶の中に値の異なる4つのコンデンサが入っているということです。

セラミック・ディスク・コンデンサは高周波には理想的ですが、静電容量を大きくするとサイズが大きくなるため、バルク・フィルタリングには向きません。電圧源を安定に保つことが重要な回路では、通常、セラミック・ディスク・コンデンサと並列に大きな電解コンデンサが使用されます。電解コンデンサがほとんどの機能を担うのに対し、小さなセラミック・ディスク・コンデンサーは、大きな電解コンデンサーが逃した高周波をフィルターで取り除きます。

次にタンタル・コンデンサーがあります。これらは小さいものの、セラミック・ディスク・コンデンサよりもサイズの割に静電容量が大きく、コストが高いにもかかわらず、小型電子機器の回路基板で多く使用されています。

無極性ではあるが、旧タイプの紙コンデンサには一端に黒い帯がありました。この黒い帯は、紙コンデンサのどちらの端に金属箔（シールドの役割を果たす）があるかを示しています。金属箔のある方の端はグランド（または最低電圧）に接続されています。箔シールドの主な目的は、紙コンデンサーを長持ちさせることです。

iDeviceに関して、私たちが最も興味を持つことを紹介します。これらは、表面実装型（SMD）コンデンサは先に挙げたコンデンサに比べて非常に小さいものの、機能は同じです。これらのコンデンサの値の他に重要なことの一つは、その「パッケージ」である。これらの部品のサイズには標準化されていて、0201 - 0.6 mm x 0.3 mm (0.02インチ x 0.01インチ)です。セラミックSMDコンデンサのパッケージサイズは、SMD抵抗器のパッケージと同じです。このため、目視でコンデンサか抵抗器かを判断することはほとんど不可能です。ここにパッケージ番号に基づく個々のサイズの詳細があります。

プリント基板上のSMD（表面実装部品）

大型のSMD

コンデンサーの値を決定するには、いくつかの方法があります。その第一は、もちろん、コンデンサ自体のマーキングです。

このコンデンサの静電容量は220μF（マイクロファラッド）で、許容差は20％です。つまり176μFから264μFの間で、定格電圧は160V。リード線の配置はすべて、ラジアル・キャパシタであることを示している。一方のリード線がコンデンサ本体の両側から出ているアキシャル配置に対して、両方のリード線が片側から出ています。またコンデンサ側面にある矢印のストライプは極性を示しており、矢印はマイナスピンの方を指しています。

さて、ここで一番の疑問は、コンデンサを交換する必要があるかどうかを確認するために、コンデンサーをチェックする方法です。

コンデンサを回路に取り付けたままチェックするには、ESRメータが必要です。コンデンサが回路から取り外されている場合は、オーム・メータとして設定されたマルチメータを使用することができます。 このテストは、コンデンサが完全に死んでいるか、そうでないかを示すだけです。コンデンサの状態が良いか悪いかは判断できません。コンデンサが正しい値（静電容量）で機能しているかどうかを判断するには、コンデンサ・テスターが必要です。もちろん、これは未知のコンデンサの値を決定する際も同様です。

このWikiに使用するメーターは、デパートで入手できる最も安価なものです。また、このテストにはアナログ・マルチメーターを使うことをお勧めします。急速に変化する数値だけを表示するデジタル・マルチメーターよりも、より視覚的に動きを示すことができるからです。これにより、フルーク・メーターのようなものに大金をかけなくても、誰でもこれらのテストを行うことができるはずです。

コンデンサをテストする前には、必ず放電を行ってください。これを行わないと、衝撃的な結果がでます。非常に小さなコンデンサは、ドライバーで両方のリード線を橋渡しすることで放電できます。より効果的な方法は、負荷を通してコンデンサを放電することです。この場合、ワニ口ケーブルと抵抗器で対応できます。放電ツールの作り方を紹介した素晴らしいサイトを参照してください。

コンデンサをマルチメーターでテストするには、10kオーム以上1mオーム以下の高オームレンジを読み取るようにメーターをセットします。メーターのリード線をコンデンサーの対応するリード線（赤がプラス、黒がマイナス）に接触させます。メーターはゼロから始まり、ゆっくりと無限大に向かって動くはずです。これは、コンデンサが正常に動作していることを意味します。メーターがゼロのままであれば、コンデンサはメーターのバッテリーを通して充電されていない、つまり動作していないことを意味します。

これはSMDキャップでも有効です。マルチメーターの針を同じ方向にゆっくり動かして同じテストを行います。

コンデンサでできるもう一つのテストは電圧テストです。コンデンサは、プレート間に電荷の電位差を蓄え、コンデンサには、正の電圧を持つ陽極と負の電圧を持つ陰極があります。コンデンサが動作しているかどうかを確認する一つの方法は、コンデンサーを電圧で充電し、陽極と陰極にかかる電圧を読むことです。そのためには、コンデンサに電圧を充電し、コンデンサのリード線に直流電圧を印加する必要があります。この場合、極性は非常に重要です。このコンデンサにプラスとマイナスのリード線がある場合、それは極性コンデンサ（電解コンデンサ）です。正電圧はコンデンサの陽極に、負電圧は陰極に流れます。試験するコンデンサーのマークを忘れずに確認してください。次に、コンデンサの定格電圧以下の電圧を数秒間します。この例では、160VのコンデンサをDC9Vの電池で数秒間充電します。

充電が終わったら、コンデンサからバッテリを外します。マルチメーターを使い、コンデンサーのリード線の電圧を読み取ります。電圧は9ボルト近くを示すはずです。コンデンサがマルチメーターを通して放電しているため、電圧は急速に0Vまで放電します。コンデンサがその電圧を保持しない場合、コンデンサは不良品であり、交換する必要があります。

もちろん最も簡単なのは、キャパシタンスメーターでコンデンサをチェックすることです。こちらはFRAKOのアキシャルGPF 1000μF 40V、公差5％。このコンデンサをキャパシタンスメーターでチェックするのは簡単です。これらのコンデンサには、プラス側のリード線に印が付いています。メーターのプラス（赤）のリード線をそこに取り付け、マイナス（黒）のリード線を反対側に取り付けます。このコンデンサーは1038μFを示し、明らかに許容範囲内です。

SMDコンデンサをテストするには、かさばるプローブでは難しいかもしれません。プローブの先端に針をハンダ付けするか、スマートピンセットを揃えるかのどちらかです。望ましいのは、スマートピンセットを使うことです。

コンデンサによっては、故障の判定にテストを必要としないものもあります。コンデンサを目視検査し、上部が膨らんでいる兆候があれば、それらを交換する必要があります。これは電源装置で最も一般的な故障です。コンデンサを交換する場合、同じかそれ以上の値のコンデンサと交換することが最も重要です。値の小さいコンデンサで代用しないでください。

交換またはチェックするコンデンサにマークがない場合、回路図が必要になります。下の画像はこちらから、回路図で使用されるコンデンサの記号をいくつか示しています。

iPhoneの回路図からの抜粋は、コンデンサの記号とその値を示しています。

このWikiは、コンデンサについて何を見るべきかについての基本的なことで、決して完全なものではありません。一般的な電子部品についてより詳しく学ぶには、オンライン・オフラインを問わず、たくさんの優れたコースがあります。

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