コンデンサー
コンデンサーは、2つの電極と誘電体から成り、電界として電荷エネルギーを蓄える受動部品である。英語ではcapacitorと呼ぶ。電源の平滑、信号のカップリングやデカップリング、共振やフィルタ、タイミング回路など幅広い用途で不可欠である。電気的には静電容量C［F］で表され、交流ではリアクタンスが周波数に依存して変化し、直流では開回路に近い挙動を示す。容量の公称値、定格電圧、等価直列抵抗（ESR）、等価直列インダクタンス（ESL）、温度係数などが主要パラメータとなる。
原理と基本式
平行板モデルではC＝εS/dとなり、εは誘電率、Sは電極面積、dは電極間距離である。交流回路では容量性リアクタンスXc＝1/(2πfC)で表され、周波数fが高いほどインピーダンスは低下する。瞬時に蓄えられるエネルギーはE＝1/2・C・V²であり、電圧Vに比例して急増するため、耐圧を超える使用は破壊やリーク増大を招く。高周波ではESLの影響でインピーダンスが下限に達し、その後上昇に転じるため、実機では複数容量の並列や配線インダクタンスの最小化が重要となる。
種類と構造
- セラミック：多層構造で小型高周波特性に優れる。誘電体のクラスにより容量安定性や温度特性が異なる。
- 電解（アルミ・タンタル）：大容量を小体積で実現。極性があり逆接続不可。リップル電流や寿命の管理が要点。
- フィルム（PET、PP等）：低損失・高絶縁で音響・産業用途に適し、耐パルス性に強い。
- マイカ・紙：高安定や高耐圧が必要な特殊用途で用いられる。
- 二重層（EDLC, supercapacitor）：非常に大きなCを持ち、バックアップ電源や回生エネルギー吸収に使われる。
セラミックの留意点
高誘電率系は電圧係数や経時変化が大きく、直流バイアスで実効容量が低下しやすい。機械応力やマイクロフォニックによるノイズ生成にも注意する。
主要特性と規格
定格電圧は常用電圧に対しデレーティングするのが通例である。ESRは発熱と高周波損失を支配し、スイッチング電源の安定性やノイズ除去性能に直結する。ESLは実装寄生成分を含めた等価インダクタンスで、GHz帯では性能ボトルネックとなる。容量許容差（例：±5%、±10%）、温度特性（EIA表記）、耐リップル電流、絶縁抵抗、自己共振周波数（SRF）などをデータシートで確認する。安全規格では、商用電源ライン直結用途にX/Y安全規格品を用いる。
回路での役割
- 平滑・バルク：整流後の脈流を低減し、電源リップルを抑制する。
- デカップリング：IC近傍で電源インピーダンスを下げ、トランジェント電流を供給する。
- カップリング・ハイパス：直流成分を遮断し交流成分のみを伝送する。
- ローパス/バンドパス：RやLと組み合わせて所望の周波数特性を設計する。
- スナバ・クランプ：スイッチの過渡サージを抑制しEMIを低減する。
- タイミング：RC時定数τ＝R・Cで遅延やソフトスタートを実現する。
使い方と選定
- 容量と周波数：対象ノイズのスペクトルに合わせ、SRFが十分高い素子を選ぶ。
- 耐圧マージン：最大印加電圧に対し20～50%の余裕を持たせる。
- ESR/リップル：発熱計算を行い、許容温度上昇内に収める。
- 温度・経時：高温での容量低下や寿命を見込み、余裕設計を行う。
- 実装とレイアウト：電源ピン至近に配置し、ループ面積を最小化する。
- 並列多容量：1～10µFと0.1µF等を組み合わせ、広帯域低インピーダンス化を図る。
劣化・故障と安全
電解では電解液の乾燥やガス発生が寿命要因で、ESR上昇や容量低下が兆候となる。タンタルは突入電流や過電圧で短絡破壊のリスクがあるため、シリアル抵抗やソフトスタートを併用する。セラミックはクラックに起因するリーク増加や短絡に注意する。ラインフィルタにはX2、シャーシ対地にはY2などの安全規格品を必ず用いる。
極性・直列/並列とマーキング
電解やタンタルは極性があり、逆接続は不可。直列接続で耐圧を稼ぐ場合はバランス抵抗で電圧分担を均一化する。並列は容量合成Ctotal＝ΣCi、直列は1/Ctotal＝Σ(1/Ci)である。マーキングは容量（µF, nF, pF）、耐圧（V）、許容差、温度コード等で表記される。
高周波・高パワー応用
RF帯では低ESLパッケージや反転メトリクス品、アレイ品が有効である。パワーエレクトロニクスではDCリンク用フィルム、スナバ用ポリプロピレンなど用途別最適化が進む。レイアウトでは帰還ループやスイッチングノードの寄生を最小化し、グランドのインピーダンス制御を行うことが重要である。
測定と評価
LCRメータでC、D（tanδ）、ESRを周波数・温度掃引して特性を把握する。インピーダンスアナライザでZ特性を観測し、SRFや共振挙動を確認する。実機ではステップ負荷応答、EMI測定、サーマル監視を行い、選定値の妥当性を検証する。
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