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抵抗器

目次 †

電気抵抗 †

• 電気抵抗とは自由電子の移動が原子によって妨げられる度合いのことである。実際には、自由電子は金属原子の間にもっと充電しており、頻繁に衝突が起こっている。イメージ化すれば、ところてん突きを移動するところてんといったところだ。この場合ところてん突きが押す圧力が電圧、寒天が自由電子、ところてんが出てくる小穴が抵抗に例えられる。
• 配電線の計算では、長さの代わりに「こう長」*1が与えられることもある。そのため、2本線の交流（単相2線式と呼ぶ）の配電線について往復分の全体の抵抗を求めるためには、長さを2倍として計算する。

電気抵抗の大小 †

抵抗率と導電率 †

• 電線の抵抗を小さくするには、�‘韻減猯舛覆蕕仟世だ�を使うこと、��同じ太さなら抵抗率の小さい材料を使うことである。
• 他成分が入ると、抵抗率と強度が増加する。
  • 電線の導体に使う材料は金属である。金属は合金にすると強度が増す。しかし、合金の抵抗率が元の成分のどれ1つを単独で使った場合よりも必ず大きくなることがわかっている。
  • 軟銅線は屋内、硬銅線は屋外で使われる。
    • 屋内配線の場合は作業がしやすいように軟銅線を使う。
    • 屋外配線の場合は抵抗率の増加よりも、強度を優先して硬銅線を使う。
• 抵抗率の順番としては、「銀＜銅＜金＜アルミニウム＜その他」である。
  • アルミの%導電率は60である。

抵抗器 †

• 抵抗器（略して抵抗）は回路に流れる電流を制限する部品のこと。
• 英語で「resistor」（レジスター）と呼ばれ、記号は頭文字の「R」が使われる。
• 単位は「Ω」（オーム）。
• 抵抗器には、値（抵抗値）が決まっている固定抵抗と値を変えられる可変抵抗がある。

特徴 †

• 抵抗が焼ける匂いとプラスチックモールドが燃える匂いは微妙に違う。

カラーコードの読み方 †

　固定抵抗は、抵抗の値（電流を流しにくくする度合い）が決まっていて、数字や色で示されている。主によく使われるカーボン抵抗などは、抵抗値と誤差が色帯で示されている。

　抵抗やコンデンサの値を色の帯で表される。。左から第1、･･･となっているとする。次にカラーコード表を示す。

　上の図は左から茶・黒・赤・銀となっているので、次のように抵抗値が計算される。

茶、黒、赤、銀

↓

1、0、102、±10%

↓第1数字は十の位、第2数字は1の位を意味する。第3数字はそれに掛ける。

10×102＝1000Ω±10%＝1kΩ±10%

覚え方 †

抵抗の計算 †

抵抗の定義 †

　電流の流れを妨げる性質を電気抵抗（抵抗）という。電線を流れる電流は、ちょうどパイプの中を流れる水とイメージすることができる。電線の長さが長いほど流れにくく、その太さが太いほど流れやすい。

　抵抗の値を決める要因には、金属導体の材質によるもものほかに、金属導体の長さ金属導体の断面積の2つがある。導体の抵抗の値をR[Ω]、金属導体の長さをl[m]、断面積A[m2]の関係は次の式で表される。

ρ：抵抗率という比例定数

　この公式は「ある物質で作った導体の抵抗Rは、長さlに比例し、断面積Aに反比例する」という意味である。

　実際の電線の断面積は[mm2]で表すほうが便利なので、低効率の単位も[Ωmm2/m]として扱うこともある。

　また、一様な太さの電線の直径をD[mm]とすると、断面積Aは次のようになる。

[mm2]

　その際、抵抗率ρは[Ω・mm2/m]となる。

　代表的な金属の抵抗率（20℃）の例の表を次に示す。

導電率 †

　抵抗率が電流の流れにくさを表しているのに対して、電流の流れやすさを表すのに導電率σ（シグマ）を用いる。

[S/m]

　[S/m]はジーメンス毎メートル（シーメンス毎メートル）と呼ぶ。

　誘導率が第2種工事士で出題されることはあまりないが、抵抗率の逆数と覚えておくとよい。

　導電率の大きい順（電流の流れやすい順）に主な金属を並べると、次のようになる。これは語呂合わせで覚えれば楽だ。

　導電率はバンコク標準軟銅（20度における抵抗率1.724×10-2[Ωmm2/m]）の導電率を100として、他の物質の導電率を表した％導電率が用いられる。

（％導電率）＝（求める物質の導電率）/（バンコク標準軟銅の導電率）

例：

発熱量 †

　抵抗中で消費された電気エネルギー（電力量）がすべて熱エネルギー（熱量）になる。これがジュールの法則で、発生した熱量をジュール熱と呼ぶ。単位は[J]で、Hという記号が使われる。

電力量と発熱量 †

　電気エネルギーがすべて抵抗で消費さえて、熱エネルギーに変換されたとき、電力量＝発熱量の関係になる。

抵抗器の接続 †

直列接続 †

　各抵抗器を流れる電流は共通であることから、合成抵抗の値Rtの式で表される。

例：同じ抵抗を2本直列にすると、全体は元々の抵抗値の２倍になる。

　R1,R2,R3の抵抗が直列接続されていたら、それぞれの電圧と抵抗の間には次の関係が成り立つ。

V1：V2：V3：V
＝IR1：IR2：IR3：IR
＝R1：R2：R3：R

並列接続 †

　抵抗器の両端に加わる電圧が共通であることから、合成抵抗の値Rtはそれぞれの抵抗値の逆数和の逆数となる。

例：抵抗器が2個の場合は次の公式で十分。

オームの法則 †

　R[Ω]の抵抗器にI[A]の電流を流すと、抵抗器の両端に生じる電圧E[V]は次の式で表される。

抵抗器の特性 †

　抵抗器はどのような使い方をしても常に抵抗値が一定で、R以外のLやC成分をまったく持たないことが理想だが、実際は種類によっていろいろな特性を持っている。

耐電力（定格電力） †

　抵抗器の規格は抵抗値と耐電力である。抵抗器に電流を流すと熱が出るが、電流があまり大きいとその熱のために焼けてしまう。そこで「これだけ電力を加えてもよい」という値がワット数で決めてある。この値を超えてしまうと、抵抗器が熱で溶けてしまう可能性がある。つまり耐電力が最大値なわけだ。とはいえ通常は耐電力の半分以下で目安に使われる。

抵抗温度係数 †

　温度によって抵抗値も変化する。

　金属の中にある原子と原子の隙間を電子がするすると移動する。そのとき、電気抵抗となるのは金属の中に存在している不純物または温度である。なぜ温度が関係するのかというと、温度が上がれば原子が熱運動によって震える。震えるということはスムーズに通っていたはずの電子がぶつかりやすくなるということに他ならない。ぶつかれば、電子の運動エネルギーが奪われてしまい、結果として電気がとおりにくくなるということになる。

　温度1[℃]に対して抵抗値がどれだけ変化するかという割合を抵抗温度係数という。これは普通[ppm/℃]で表す。

　一般に金属は温度が上昇すると抵抗が上がるが、炭素や電解質溶液などは逆に抵抗が低くなる。t1[℃]のときの抵抗をR1[Ω]、t2[℃]のときの抵抗をR2[Ω]とすると、次の式が成り立つ。

周波数特性 †

　抵抗器はそれぞれの形状によって、ごくわずかだがLやC成分を持っている。そこで、使用周波数が高くなるとこれらの成分の影響が出てきて、純粋な抵抗器としての作用を一部失ってしまう。

　巻線抵抗器はかなり低い周波数から影響が出るが、普通のP型抵抗器では10MHz程度まで気にしないで使える。

経年変化 †

　部品の経年変化は避けられない現象である。巻線・金属皮膜・サーメットの順に安定度がない。

雑音電流特性 †

　電流の流れは一定の電荷を持った粒である電子の移動なので、必然的に雑音電圧が生じるす。一般に抵抗値が大きいほど、また流れる電流が大きいほど、雑音電圧も増加する。金属皮膜系の抵抗器が低雑音で良好な特性を示す。

Eシリーズ（E系列） †

　できるだけ多くの種類の抵抗値の抵抗器がそろっている方が使用者にとっては便利である。しかしそれではコストがかさみます。そこで標準抵抗値を決めて、それを用意しておくようにしている。

　例えば、1k〜10kΩの1桁の変化の間に1.0、…、8,2kΩの12種類を用意するシリーズがE12シリーズだ。これは一見半端な数値のように見えるが、互いに等比級数に近い数値の配列になっているので、隣接する抵抗値との間の誤差の分布が一様となり、極めて合理的である。

　よって精度の高い抵抗値ほどE24・E96のように用意しなければならない種類が加速度的に増加していくことになる。

　E系列の値の表は次のようになる。

チップ抵抗 †

・表面実装用の小型平板構造の抵抗。一般用の厚膜形成によるものと、高精度用の金属薄膜形成によるものがある。しかし一般に入手可能なものは厚膜タイプのものである。

・定格電力により寸法が異なり、電力値よりもタイプ名で呼ばれることが多い。このタイプ名は実は外形寸法を表している。

・寸法の呼称と許容電力値は次の表のようになる。

・チップ抵抗を実装するときには、特に電力値の大きいチップ抵抗の場合には、パターンを大きめにして、熱の放散がしやすいようにするのがコツ。

集積抵抗器（抵抗アレイ） †

・サーメット系の抵抗器で、セラミックの絶縁基体の表面に絶縁体と金属の混合物を高音で焼成したものである。

厚膜と薄膜による分類 †

　厚膜と薄膜の2種類がある。それぞれは次のような特徴がある。

厚膜 †

• 印刷法で抵抗体を形成したもので、集積抵抗の大部分がこの方式で製造されている。
• 同一抵抗値で接続形態が限定されている。
• デジタル回路のプル抵抗、発光ダイオードなどの電流制限抵抗で使われる。

薄膜 †

• 蒸着法で抵抗体を形成したもので、高抵抗値が可能である。
• 実装された抵抗同士の特性が揃っており、相対誤差が非常に優れている。
• オペアンプの周辺抵抗、A/D変換器のラダーなどの高精度が必要なところで使われる。

内部のタイプによる分類 †

　内部的に、一括接続タイプと独立タイプがある。

一括接続タイプ †

• 全部の抵抗の片方を接続して1ピンに出しているタイプ。
• 電源やグランドにまとめて接続詞、プルダウンやプルアップ抵抗として使う。

独立タイプ（セパレートタイプ） †

• 1個ずつの抵抗が独立してピンに出ているタイプ。
• オペアンプ周辺や電源制限用保護抵抗などに使う。

集積抵抗器の実装個数と寸法 †

　集積抵抗器の実装個数と寸法は次のようになっている。

・集積抵抗器の取り付けは、1/10インチピッチのICと同じ取り付け穴で行う。ピンの幅もICと同じようになるようにされていて、シングルインラインのICとまったく同じである。

可変抵抗器（ボリューム） †

・ボリュームのつまみを回すことにより、抵抗値を連続的に変化させることができる。

・構造的には抵抗体の上を可動片がスライドするようになっていて、可動片のある位置により、抵抗が変化するようになっている。よって端子は3つ存在する。

分類 †

　タイプはシャフト回転型とスライド型の2種類ある。

シャフト回転型 †

• シャフトを外部に出して、つまみで変化させることができるタイプ。
• パネルにナットで固定する。
• 丸穴だけでよいので取り付けが簡単。
• 音量の調整つまみとして使われる。

スライド型 †

• シャフトが直線的に動くタイプ。
• パネルに固定して使うが、長い長方形の穴あけが必要なのでやや工作が難しい。
• 比較的壊れやすい。
• DJミキサーのフェーダーなどで使われる。

抵抗体による分類 †

　抵抗体として次の種類がある。

炭素被膜系 †

• 安価で特性もあるので、最も多く使われている。
• しかし、被膜がだんだん薄くなって劣化する現象がある。

サーメット系 †

• 金属被膜系のため、耐久性と雑音特性に優れている。
• 高級ステレオや測定器などに使われている。

巻線 †

• 巻線抵抗を使ったもの。
• 大電流に耐えることができる。
• しかし、比較的小さな抵抗値のものしかできない。

シャフトの回転角による分類 †

　可変抵抗はシャフトの回転角と抵抗値には一定の関係がある。その関係は次の図のように3種類のパターン（A,B,C）があります。

　最もよく使われるのはAとBカーブである。

A †

・Aカーブは、対数曲線に沿った形で抵抗が比例する。この目的は、音量や光量などを人間が感じる強さは、対数曲線に従うという特性があるため、人間に比例していると感じさせる調整にはAカーブを使う。

・そのため、主に音量調整に使われる。

B †

・回転角に単純に比例して抵抗が変化する。一般的には、AカーブよりもBカーブの方が使われる。

・主に測定器の調整に使われる。

C †

・入手が難しく、一般には使われない。

・音量バランス調整に使われる

可変抵抗の取り付け †

　可変抵抗をケースに取り付ける場合は、次のようなポイントがある。

空回り防止用の突起の穴あけを忘れないこと †

　本体のケースにシャフトと一緒に本体が回ってしまわないように、空回り防止用の突起がある。これをパネルに開けた穴に挿入して引っかかるようにする。

シャフトは適当な長さで切断する †

　シャフト側を万力で固定して、金切りノコギリで切り落とす。本体に無理な力が加わらないように気を付けること。

後から配線するときに配線用の端子が隠れないように取り付けること †

　ケースの外から半田ごてが入る位置に、端子が見えるようにしておく。

半固定抵抗器 †

• 可変抵抗には音量調節のように、常に調節を必要とする場所に使われるボリュームと、一度調整したらほとんど可変する必要がない場所に使われる半固定抵抗（半固定ボリューム）がある。
• センサの感度調整のように一度調整しておけば、頻繁に調整する必要がない部分に使われるものである。
• 調整が済めば装置の内部に収めてしまってよいので、小型でプリント基板に直接付けられるものが一般的である。
• 調整は小型のドライバーでスライダ部分を回して行う。
• 可変抵抗同様に極性はないが、端子番号を正しく配線する必要がある。

S付き †

• 可変抵抗器の一種で、スイッチが付いているタイプ。
• 電源スイッチが付属した可変抵抗器であるから、コンパクトにセットをまとめることができる。
• 電源を切るのにいちいち可変抵抗器をスイッチが切れるところまで回さなければならないという欠点もある。これ自体が無駄な動作であるとともに、可変抵抗器の抵抗体が痛みやすくなり、寿命が短くなる原因になる。音量ツマミを回していって「ガリッ」という音がすることがあるが、まさしくそれが痛んだ証拠である。

抵抗器のブリッジ回路 †

　次のように4地点に4つの抵抗を橋（ブリッジ）を架けたように組み合わせた回路をブリッジ回路という。

　お互いに向かい合っている（たすきがけ）抵抗の積が等しいとき、このブリッジ回路は平衡（バランス）がとれているという。このとき、中央の電線には電流が流れない。

R1×R4=R2×R3

参考文献 †

• 『イラストで電気のことがわかる本』
• 『たのしくできるやさしいアナログ回路の実験』
• 『新電子工作入門』
• 『初級アマチュア無線　問題と解説』
• 『はなしシリーズ　電子工作のはなし��[第2版]』
• 『サイエンティストを目指す大学院留学』
• 『ビギナーズ・トランジスター読本』
• 『誰にでも手軽にできる電子工作入門』
• 『ゴロ合わせでスピード合格！第2種電気工事士筆記試験』
• 『合格レッスン　第2種電気工事士』
• 『入門科学シリーズ3　実験でわかる電子工作入門』
• 『まるごと覚える第2種電気工事士　ポイントレッスン』
• 『ELEKIT入門＋実用キットではじめる電子工作キット活用術』
• 『実況ゼミナール！乙種4類危険物取扱者試験』
• 『工事担任者DD第1種徹底研究』
• 『基礎からの電気工事士受験入門　第二種・筆記試験』