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抵抗器の使い方(用途)

電流制限抵抗器

電源回路では、AC入力部から整流器を通ってコンデンサを充電する回路の途中に、電源投入時の突入電流防止のために電流制限抵抗器を使用します。この抵抗は、瞬間的に数十Aも流れるラッシュ電流に耐えることができ、また、スイッチング用トランジスタが故障して短絡し大電流が流れたとしても発煙,発火しないことが必要です。そこで、電流制限抵抗器には、耐パルス特性に優れる巻線タイプの抵抗器 BGR BWR CWを、過電流が長時間流れるのを防止するには、温度ヒューズ内蔵タイプのセメント抵抗器 WF をおすすめします。いずれの場合も実際の選定に際しては弊社にお問い合わせください。

電力負荷抵抗器

電力形抵抗器には巻線タイプ CW や酸化金属被膜タイプ MOS MO がありますが、電気的特性に違いがありますので使用する回路によって使い分けが必要です。  巻線タイプは金属抵抗線を使用しているため、安定性があり耐パルス特性に優れています。しかし、抵抗線がコイル状に巻いてあるためインダクタンス分や容量分が比較的大きく、回路の周波数特性に影響する場合があります。一般的に高抵抗値のものほど抵抗線を長く巻く傾向があるので、形状も大きく共振周波数が低くなります。フラットな周波数特性を必要とする電圧増幅器の負荷抵抗器などに巻線タイプを使用する場合、周波数特性に影響を及ぼすことがありますので注意が必要です。このような場合、周波数特性を改善した無誘導巻きタイプの巻線抵抗器RW_Nもあります。   酸化金属被膜タイプは小型で周波数特性が良く、高抵抗値まで得られます。しかし、巻線タイプと比べると耐パルス特性がやや劣ります。  抵抗値範囲を比較すると、巻線タイプは数十mΩ~数kΩと低い抵抗値を得意とし、酸化金属被膜タイプは数十Ω~数百kΩと高い抵抗値までカバーしています。  セメントタイプの抵抗器にも巻線タイプ BGR BWR と酸化金属被膜タイプ BSR がありますので、抵抗値範囲等で使い分けます。

ビデオ出力回路での使用例

放電抵抗器(安全規格に対応する)

欧米諸国では、商用電源に接続される一次側回路とはトランスなどで絶縁された二次側回路に一般の人々が容易に触れることのできる外部アンテナや各種入出力端子を持つオーディオ・ビデオ及び類似の電子機器に対し、二次側回路が大地に対して帯電しないように、放電抵抗器が使用されます。 放電抵抗器の代表的な挿入位置は、下図の様に電源一時側回路と二次側回路のグランド間です。二次側回路のグランドは通常人が容易に触れる事が出来る端子などに接続されています。商用電源は直流的には大地に接地されていますので、放電抵抗器があれば二次側回路が大地に対して帯電することは無く、帯電による感電事故が防止できます。 また、主電源スイッチの接点ギャップを跨ぐ個所にも同様の目的で放電抵抗器が使用されることがあります。(開放時のアーク防止にもなる。)時には、一次側の電源異極間に接続されることもあります。 この目的で使用される抵抗器は、過負荷においても充分安定した抵抗値を保持することが要求され、IEC60065の第14.1項の試験が要求されます。RCR50ENRCR60はこの規格に適合した放電抵抗器です。

スナバ回路

スナバ回路とは、スイッチングにより発生するサージエネルギーを吸収する目的で、サージ電圧が発生する素子の両端に接続される回路です。スナバ回路には、抵抗器とコンデンサの直列回路(RCスナバ)や、RCに加えてサージ電圧の先端をクリップする為のダイオードを接続した回路などがあります。下図では丸で囲んだ部分になります。例えば、スイッチング電源の二次側整流ダイオードは、スイッチングのON/OFF時に生ずる急峻な電圧と電流の変化によりサージの発生源となります。このサージ電圧を吸収するためにRCスナバ回路が用いられます。スナバ回路には、ノイズを吸収しつつエネルギー損失が大きくならないことが求められ、ここで使用される抵抗器には定数の最適化と共に、安全に対する配慮も必要です。 スイッチング電圧とスナバ回路の定数によっては、コンデンサや半導体が短絡した時の抵抗器の発煙、発火を抑制するために難燃性タイプの抵抗器が必要になります。酸化金属皮膜抵抗器 MO MOSは、耐熱性が良いので同じ許容電力であれば小形品を使えるという利点に加え、難燃性塗装が施されているためスナバ回路の使用に適しています。 また、特にRCスナバ回路で使用される抵抗器には耐サージ性が求められますので注意が必要です。

増幅回路の利得決定

オペアンプを応用した反転増幅回路及び非反転増幅回路を下図に示します。増幅利得はR1とR2の比で決まります。 必要な利得を無調整で達成するにはR1、R2に高精度で温度による影響を受け難い抵抗器を用いることが必要であり、高精度で温度特性が優れる金属皮膜抵抗器RN73 RN73Hが適しています。 また、あらかじめ2つの抵抗器をペアにして同一チップに組み込んだ複合抵抗器もあります。2つの抵抗器を同時に作り込むため、優れた相対精度と相対温度係数を発揮します。 CNN2Aの場合、内蔵された2つの抵抗器各々の温度係数は±25x10-6/Kですが相対では5x10-6/K以下となります。また、KPCシリーズはさらに多数の抵抗器をワンパッケージ化していますので、相対精度の向上と共に高密度実装が可能となっています。

電流雑音の影響を受けやすい回路例(光検出回路)

電流雑音の低減

電流雑音の低減 抵抗器の雑音には「熱雑音」と「電流雑音」があります。 熱雑音は抵抗値、絶対温度、周波数帯域幅によって論理的に決まる雑音であり、抵抗器の材質には無関係です。また、単位周波数帯域あたりの実効値は非常に小さく、周波数ドメインで一様に分布するため、無線周波数の広帯域アンプではS/N劣化の主要因になりますが、オーディオ周波数程度以下の低周波領域では通常問題になりません。 これに対し電流雑音は材質に大きく依存し、周波数が低いほど大きくなる雑音です。概ねkHz以下の周波数帯域では単位周波数帯域あたりの実効値は熱雑音よりも大きくなり、数Hz以下では桁違いに増加します。このため、微小な検出信号を大きな利得で増幅する下図のような光検出回路や、心電計など、直流付近で微小電圧を扱うアプリケーションでは熱雑音よりも電流雑音がS/N劣化の主要因になります。この様な用途では電流雑音特性にすぐれた薄膜チップ抵抗器 RN73 RN73HMFRNSMRSなどが有利です。

デジタル回路

プルアップ抵抗/プルダウン抵抗/ダンピング抵抗

デジタル回路ではCPU、メモリ、周辺機器などで情報をやりとりするためにバスがあります。バスの信号電位を安定させる目的で、1k~100kΩの抵抗を電源やグランドと信号線の間に挿入したり(プルアップ・プルダウン抵抗)、あるいは信号線とLSIのインピーダンスを整合させる目的で数10~数100Ω程度の抵抗器信号線とグランド間に使用したりします(終端抵抗)。また、波形整形の目的で信号線に直列に10~33Ω程度の抵抗器(ダンピング抵抗)を使用します。 パラレルバスは複数の信号線で構成され、それぞれの信号線にプルアップ・プルダウン抵抗、終端抵抗、ダンピング抵抗が必要になり、多くのスペースを使用します。そのような場所には、チップネットワーク抵抗器が有効です。 8bit幅のプルアップ抵抗/終端抵抗を考えた場合、チップ抵抗器(2012サイズ)を8個使用した場合に必要となる面積を100%とすると、チップネットワーク抵抗器CN2A4を2個使用すると約20%の面積を削減できます(部品間隔0.5mm、部品周囲0.5mmを占有面積として計算)。また、部品の搭載点数が削減できるので実装コストの低減につながります。
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