電気抵抗の抵抗値やコンデンサの容量値は等差数列ではなく等比数列で与えられ、半端な数値となっています。これを 標準数 といい、抵抗器やコンデンサは E系列 と呼ばれる 10^1/n の等比数列に従います。例えば、E6は 10^1/6  の等比数列、E12は 10^1/12 の等比数列となります。数字が大きいほど精度が高いことを表しており、E24やE48といった系列もありますが、コストや入手性を考慮してE12系列を用いることが一般的です。表10.3にE6とE12の系列表を示します。

E12系列を用いることにすると、市販されている抵抗器の中で最も近い値は 820 Ωとなります。消費電流が 10 ～ 15 mA で電気抵抗が 820 Ω のときの電圧降下はオームの法則から 8.2 ～ 12.3 V となります。しかし、このときのICの電源電圧は 15.8 ～ 11.7 V で、仕様を満足するものの、絶対最大定格と比較して余裕がほとんどない状態になります。

そのため、今回は 1 kΩ の抵抗器を使って設計していくことにします。消費電流が 10 ～ 15 mAで電気抵抗が 1 kΩ のときの電圧降下はオームの法則から 10 ～ 15 V と求められます。これに対応する、ICの電源電圧は 14 ～ 9 V となり、余裕を持って仕様を満足することが可能です。

抵抗の定格電力

　電気抵抗の選定が終わったので、次に発熱量を求めてみます。消費電流は 10 ～ 15 mA となるので、ジュールの第一法則（発熱量 = 抵抗 × 電流²）から発熱量は 100 ～ 225 mW となります。

　さらに抵抗器の選定では、抵抗値のほかに定格電力を決定する必要があります。定格電力とは抵抗器がどれだけの電力を消費できるのかという指標で、ICの絶対最大定格と同様、この値を超えると部品の劣化や破壊に至ることがあるほか、問題が発生した場合にも抵抗器メーカーの保証が受けられなくなります。

今回の場合、抵抗器に要求される定格電力は先ほどの発熱量の最大値で、225 mW となります。抵抗器のラインナップに定格電力が 0.5 W と 0.25 W のものがあるとすると、値が近いものは0.25 W ですが、電力に関しては最大定格の1/2以下となるように設計します。これを ディレーティング といい、詳しくは第16回で説明します。したがって、最終的には電気抵抗が 1 kΩ で定格電力が 0.5 W の抵抗器を採用することになります。

　図10.1に電源側に抵抗 R4 を挿入したときの回路図を示します。なお、今回の検討は電子部品の発熱量を求めるための例であり、実際の回路設計ではさらに詳細な検討が必要となります。

図10.1　直流24 V用に抵抗器R4を加えた回路

次回は、部品の温度を予測するための準備として、基板専用熱解析ツール PICLS の使用方法を説明します。

著者プロフィール
CrEAM（Cradle Engineers for Accelerating Manufacturing)

電子機器の熱問題をなくすために結成された3ピースユニット。 熱流体解析コンサルタントエンジニアとしての業務経験を生かし、 「熱設計・熱解析をもっと身近なものに。」を目標に活動中。

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