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電気回路で使用されるコンデンサとインダクタは、容量またはインダクタンスのみを持つ理想的な部品ではありません。しかし、非常に高い精度で、抵抗と直列に接続された理想的なコンデンサとインダクタとして扱うことができます。この抵抗は等価直列抵抗( ESR)として定義されます。[ 1 ]特に指定がない限り、ESR は常に交流抵抗であり、スイッチング電源部品の場合は 100 kHz、リニア電源部品の場合は 120 Hz、汎用部品の場合は自己共振周波数で測定されます。さらに、オーディオ部品は、1000 Hz で ESR などを含む「 Q ファクター」を報告する場合があります。
電気回路理論では、それぞれが回路に抵抗、容量、またはインダクタンスのみを寄与すると仮定される理想的な抵抗器、コンデンサ、およびインダクタを扱います。しかし、すべてのコンポーネントは、これらのパラメータのそれぞれにゼロ以外の値を持っています。特に、すべての物理デバイスは有限の電気抵抗を持つ材料で構成されているため、物理コンポーネントは他の特性に加えて何らかの抵抗を持っています。ESR の物理的な起源は、対象となるデバイスによって異なります。回路解析でこれらの固有の抵抗を扱う方法の 1 つは、集中定数モデルを使用して、各物理コンポーネントを理想的なコンポーネントと直列に接続された小さな抵抗の組み合わせ、つまり ESR として表現することです。ESR は測定してコンポーネントのデータシートに含めることができます。ある程度は、デバイスの特性から計算することもできます。[ 2 ]
Q値はESRと関連があり、実際のインダクタの高周波非理想的な性能を計算する際にESRよりも便利なパラメータとなる場合があり、インダクタのデータシートに記載されています。
コンデンサ、インダクタ、抵抗器は通常、他のパラメータを最小限に抑えるように設計されています。多くの場合、抵抗器の寄生容量[ 1 ]や寄生インダクタンスが回路の動作に影響を与えないほど小さくなるほど、これを十分に行うことができます。しかし、状況によっては寄生が重要になり、支配的になることもあります。
純粋なコンデンサやインダクタはエネルギーを消費しません。エネルギーを消費する部品は、1つ以上の抵抗器を含む等価回路モデルで扱う必要があります。実際の受動的な2端子部品は、集中定数回路と分布定数回路からなる理想的なインダクタ、コンデンサ、抵抗器のネットワークで表すことができます。つまり、実際の部品はネットワークと同じように動作します。等価回路の部品の中には、周波数や温度などの条件によって変化するものがあります。
周期的な正弦波（交流）で駆動される場合、この部品は複素インピーダンスZ (ω) = R + j X (ω) で特徴付けられます。インピーダンスには、主特性に加えて、いくつかの微小な抵抗、インダクタンス、および容量が含まれる場合があります。デバイスの理想的な動作からのこれらの小さなずれは、特定の条件下、特に高周波では、小さな容量とインダクタンスのリアクタンスが回路動作の重要な要素となるため、重要になる可能性があります。必要な精度に応じて、より単純なモデルまたはより複雑なモデルを使用できます。多くの場合、ESR と直列にインダクタンスまたは容量を持つ単純なモデルで十分です。
これらのモデルは、単純なものから複雑なものまで、回路に組み込んで性能を計算することができます。複雑な回路向けには、SPICEプログラムとその派生版など、コンピュータツールが利用可能です。
インダクタは、通常、強磁性体の芯に巻かれた絶縁導線コイルで構成されています。インダクタには、金属導体に固有の抵抗があり、データシートではDCRとして記載されています。この金属抵抗は、インダクタンス値が小さい場合（通常1Ω未満）は小さくなります。直流導線抵抗は、トランスや一般的なインダクタの設計において重要なパラメータです。これは、部品のインピーダンスに影響を与え、その抵抗を流れる電流が廃熱として消費され、回路からエネルギーが失われるためです。直流導線抵抗は、インダクタと直列に接続された抵抗としてモデル化することができ、そのため直流抵抗はESRと呼ばれることがよくあります。これは厳密には正しい用法ではありませんが、ESRの重要でない要素は、特定のアプリケーションにおいてESRのすべての要素が重要になることはまれであるため、回路の説明ではしばしば無視されます。
インダクタンスを高めるためにコアを使用するインダクタでは、コア内でヒステリシス損失や渦電流損失などの損失が発生します。高周波では、近接効果や表皮効果による巻線損失も発生します。これらは配線抵抗に加えて発生するため、ESR（等価直列抵抗）が高くなります。
非電解コンデンサおよび固体電解質を用いた電解コンデンサでは、リード線と電極の金属抵抗、および誘電体における損失がESRの原因となります。セラミックコンデンサのESRの一般的な値は0.01～0.1Ωです。非電解コンデンサのESRは時間経過とともに比較的安定しており、ほとんどの場合、実際の非電解コンデンサは理想的な部品として扱うことができます。
非固体電解質を使用したアルミニウムおよびタンタル電解コンデンサは、数オームまでESR値が非常に高く、容量が大きい電解コンデンサはESRが低くなります。ESRは、コンデンサの自己共振周波数まで周波数とともに減少します。特にアルミニウム電解コンデンサで深刻な問題となるのは、蒸発、そしてより重要なことに、使用に伴う電解質中の酸素の枯渇により、ESRが時間とともに増加することです。[ 3 ]測定された容量が許容範囲内にとどまる場合でも、ESRは回路の誤動作や部品の損傷を引き起こすほど増加する可能性があります。これは通常の経年劣化で発生しますが、高温と大きなリップル電流は問題を悪化させます。[ 4 ]リップル電流が大きい回路では、ESRの増加により熱蓄積が増加し、したがって劣化が加速されます。
高温動作定格で、基本的な民生用部品よりも高品質な電解コンデンサは、ESRの上昇による早期使用不能になる可能性が低くなります。安価な電解コンデンサは、85 ℃で1000時間（6週間）未満の寿命定格となっている場合があります。メーカーのデータシートからもわかるように、高品質の部品は通常、最大定格温度で数千時間の寿命定格となっています。ESRが重要な場合は、通常必要とされるよりも高い温度定格、「低ESR」、またはより大きな静電容量を持つ部品を指定することが有利となる場合があります。「低ESR」コンデンサ定格に関する規格はありません。
ポリマーコンデンサは通常、同じ値の湿式電解コンデンサよりもESRが低く、温度変化に対しても安定しています。そのため、ポリマーコンデンサはより高いリップル電流に対応できます。2007年頃から、以前は湿式電解コンデンサが使用されていた高品質のコンピュータマザーボードでは、ポリマーコンデンサのみを使用することが一般的になりました。[ 5 ]
約1μF以上のコンデンサのESRは、ESRメーター を使用して回路内で簡単に測定できます。