2015年11月29日

番外編 -コンデンサ

前回まで3Gカメラの作成を行いました。3Gカメラではコンデンサ三端子レギュレータなど今まで説明しなかった部品を使いました。今回からそれらの部品について説明をしようと思います。
今回はコンデンサについて説明します。


目次



1. コンデンサの外観や記号

コンデンサが何かの前に見た目を説明します。
図1がコンデンサです。部品が3つありますが、全てコンデンサです。

P1000272.jpg
図1 コンデンサの写真

形状によってコンデンサの種類や役割が違うのですが、今回は種類に関する説明は省略します。
図1を見て分かるように、コンデンサの足は2つです。ですので、回路記号も端子は2つです。回路記号を図2に示します。

nov28_コンデンサ_1.png
図2 コンデンサの回路記号

図3は3Gカメラでコンデンサが使われている部分です。丸で囲んである箇所がコンデンサです。回路作成ソフトの都合でコンデンサの線が太いですが、「=」の記号がコンデンサです。
回路ではコンデンサをCで表します。図3のコンデンサはそれぞれC1とC2です。

nov28_コンデンサ_2.png
図3 3Gカメラ回路図(コンデンサ使用箇所のみ)


2. コンデンサの働き

コンデンサの働きは色々あるのですが、3Gカメラでは電圧の変動を抑えるためにコンデンサを使いました。電圧の変動を抑えることを平滑化といいます。
図3のIC1が電源の部品ですので、コンデンサはIC1に入力される電圧と出力される電圧の平滑化を行っています。

(以下の話は全て直流の場合です。直流についての説明はそのうちしたいと思います)
まず電圧の変動について説明します。ICを動かすためには電源から電気を供給する必要があります。
このとき、理想の電気は電圧が全く変動せずに平らな状態です。しかし、実際は図4のように電圧がギザギザな形に変動しています。

nov28_コンデンサ_3-1.png
図4 電気の変動がある回路

電圧変動が大きいとICが正しく動かない場合があるので、電圧変動は抑えた方がよいです。電圧変動を抑えるためにコンデンサを使います
図5はコンデンサを使って電圧変動を抑えた回路です。コンデンサは電源とGNDの間に接続します。

nov28_コンデンサ_4.png
図5 コンデンサで平滑化を行った回路

コンデンサをこのように接続することで電圧の変動を抑えることができます。
(図5ではコンデンサの左側と右側で電圧波形が異なるように描いていますが、表現の都合です。実際はコンデンサの左側と右側の波形は同じです)

なぜ、コンデンサを使うことで平滑化できるかを説明します。
コンデンサはとても小さい充電池のようなもので、電圧を一定にしようと充放電を行います
電源の電圧が下がった場合、コンデンサは放電することでICに供給される電圧を一定にしようとします。
一方、電源の電圧が上がった場合、コンデンサは充電することでICに供給される電圧を一定にしようとします。

例えるなら、コンデンサはバネのようなはたらきをします。電気をボールの流れとすると、電圧の変動は流れのムラのようなものです。
ボールの流れにムラがあったとしても、バネが伸び縮みすることで、ボールのムラを抑えることができます。

nov28_コンデンサ_5.png

図6 コンデンサによる平滑化のイメージ


3. コンデンサの単位

電圧は[V]、抵抗値は[Ω]と単位があるように、コンデンサにも単位があります。
コンデンサの単位はF(ファラド)といい、コンデンサが充放電できる容量を表します。大きいほど充放電に時間がかかりますし、小さければ一瞬で充放電が終わります。
電源の平滑化では0.1[μF]〜10[μF]くらいの容量のコンデンサがよく使われます。

コンデンサはとても小さい充電池のようなものといいましたが、容量が小さすぎるため基本的には充電池の代わりになりません
回路やコンデンサの容量にもよりますが、数マイクロ秒から数ミリ秒くらいで充放電が完了します。


コンデンサについての説明をまとめます。
  • とても小さい充電池のようなもので、充放電を繰り返すことができる
  • 電源とGNDの間に接続することで、電圧変動を抑えることができる
  • 単位はF(ファラド)といい、コンデンサの容量を表す
次回は三端子レギュレータについて説明しようと思います。


参考資料

  1. 作者名:村田製作所. "コンデンサとは?". サイト名:村田製作所. http://www.murata.com/ja-jp/campaign/ads/japan/elekids/compo/capacitor, (参照日:2015-11-29)


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posted by ました at 17:36| Comment(0) | TrackBack(0) | 電子工作の知識 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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