APDahlen Applications Engineer
一言でいえば、抵抗器はほとんどどんな導体や半導体材料でも作ることができるということです。シンプルなワイヤから水銀の液だまりまで、実に多くの選択肢があります。この記事では、光の例を検討します。その過程で、良い抵抗器を作るための特性をよりよく理解することができるでしょう。この記事は、チェリーホット（赤熱した）の鉛筆の芯が抵抗器として機能する様子を示した動画1を中心に紹介します。
動画1： 間に合わせの鉛筆の芯の抵抗器が発煙して消耗しつつ、動画の終わり近くで折れます。
鉛筆の芯を間に合わせの抵抗器として使う
図1と動画1は、0.7mmの鉛筆の芯を抵抗器として使う方法を示しています。この例では、鉛筆の芯（グラファイト）は緑色のワイヤの間に接続されています。2つのB&K Precisionの電源が並列に動作して、希望するチェリーレッドの色を得ていることがお分かりでしょう。
オームの法則を使えば、図1から得られた値を使って、間に合わせの抵抗器の抵抗値を計算することができます。電源は合わせて約7.6V DC、約7Aの電流を供給します。
R = \dfrac{7.6 \ VDC}{7 \ A} \approx 1 \ \Omega
動画で見たように、鉛筆の芯は特に優れた抵抗器ではありません。大気中で高熱によって炭素が焼き尽くされるように、それ自体が消耗します。実際、動画の最後をよく見ると、折れる前に芯が先細りになり、ほとんどなくなっているのがわかります。
技術的なヒント： そう遠くない昔、世界最高の技術者たちがこの自己炭素消耗を防ぐ方法を模索していた時期がありました。これらの実験の最終的な成果は、信頼性の高い電球と、それに密接に関連する真空管でした。真空管の歴史は興味深く、ダイオード（二極管）はガラス球の内側に付着する黒い炭素を除去しようとして発見されました。それは、炭素を引き寄せるために電球の内側に2番目の要素を取り付けたらどうなるかという単純な質問でした。残りは歴史の語る通りです。
図1：間に合わせの鉛筆の芯の抵抗は、53Wを放熱するため、チェリーレッドになっています。
理想抵抗器の特性
この実験から、高品質の抵抗器を設計するための重要な手がかりがいくつか得られました。
- 抵抗器は過酷な環境に耐える必要があります。 また温度を比較的低く保つ必要があります。そうしないと、抵抗器が消耗してしまいます。これは設計要件というより、動作点かもしれません。明らかに、間に合わせの抵抗器を通常の動作点を超えさせることで、目的を達成していました。
- 材料は、選択した温度に対して安定していなければなりません。おそらく、映像に煙が映っていることにお気づきでしょう。これは悪臭を放つので非常に好ましくありません。公的機関外で実験を行うのは、火災警報器が作動する危険があるからでもあります。
- 抵抗器の材料組成は一定でなければなりません。直径0.5mmの鉛筆の芯を使えば、パラメータが変わります。同様に、異なる組成に変えれば抵抗値も変わります。4Hから4Bまで、H（硬度）とB（黒度）の異なる鉛筆の芯の等級を比較することで、この仮説を検証することができます。
- 動画には映っていませんが、抵抗器の10年という長い寿命を通じて、材料の抵抗値は安定していなければなりません。この例では、抵抗素子が消耗するにつれて抵抗値が増加すると予想されます。
- さらに、安価で加工しやすく、人体に安全で、環境への影響が少ない素材でなければならないことも付け加えなければなりません。この条件では、水銀の液だまりは成立しません。
実際の抵抗器
実際には、現実の抵抗器は単純な鉛筆の芯の例とそれほど変わりません。炭素ソリッド抵抗器などの古典的な部品は、鉛筆の芯とほぼ同じ生産ラインで製造できます。その違いは、品質管理担当者が、HとBとは違って、電気的な面と寿命の面に重点を置くことです。また、木製の外装はバルクのカーボン素子に対して効果的な方法ではないため、最終的なパッケージングも異なります。鉛筆の木製の外装に対して、理想的な抵抗器の外装は、耐火性（煙が出ない）であり、完全な電気絶縁体であり、内部の熱を環境に伝えることができるよう熱抵抗はゼロです。また、完全な外装は、バルク抵抗素子を環境による損傷から守るために気密封止されています。その一方で、完全な外装は低コストで、環境及び安全衛生（EHS）への配慮をすべて満たしています。
これらすべてを満たすのは容易なことではありません。それにはかなりの妥協が必要です。この妥協の方法は、抵抗器の用途と関連しています。抵抗器には用途に応じてさまざまな種類があります。簡単な例として、いくつかの可能性を考えてみましょう。
- 以前は炭素ソリッド抵抗器が一般的でした。 上記説明のように、この鉛筆の芯とそれほど違いはありません。
- 今日、炭素ソリッド抵抗器は低コストで製造できます。この設計では、炭素はセラミック製マンドレル上で焼結されます。
- 高電力抵抗器は金属線で巻かれる場合があります。ここでも、抵抗素子は熱的に安定したセラミック基材に巻かれています。
- 驚くほど多くの抵抗器がシリコンで作られています。例えば、古典的な555タイマを考えてみましょう。このタイマの内部コンパレータ回路は、入力電圧の2/3と1/3の基準電圧を提供する3つのオンチップ抵抗で構成されています。
抵抗器の種類はまだまだあります。もっと詳しく知りたい方は、抵抗器についてもっと詳しく説明しているこの重点記事を訪問し、ブックマークしてください。また、DigiKey TechForumに参加して、部品やアプリケーションに関する追加情報を入手することもできます。
ご健闘をお祈りします。
APDahlen