抵抗器

抵抗器

軸方向リード抵抗器の配列
タイプ	受け身
動作原理	電気抵抗
電子シンボル
IEEE 回路図記号

抵抗器は、電気抵抗を回路要素として実装する受動的な 2 端子 電気部品です。電子回路では、抵抗器は、電流の流れを減らしたり、信号レベルを調整したり、電圧を分割したり、能動要素にバイアスをかけたり、伝送線を終端したりするために使用されます。数ワットの電力を熱として消費できる高出力抵抗器は、モーター制御、配電システム、または発電機のテスト負荷として使用できます。固定抵抗器の抵抗は、温度、時間、または動作電圧によってわずかにしか変化しません。可変抵抗器は、回路要素 (音量コントロールやランプ調光器など) を調整したり、熱、光、湿度、力、または化学反応の感知デバイスとして使用したりできます。

抵抗器は電気ネットワークや電子回路の一般的な要素であり、電子機器のいたるところに存在します。個別の部品としての実際の抵抗器は、さまざまな化合物や形状で構成できます。抵抗器は集積回路内にも実装されています。

抵抗器の電気的機能は、その抵抗値によって指定されます。一般的な市販の抵抗器は、9桁を超える範囲で製造されています。抵抗値の公称値は、部品に表示されている 製造許容範囲内です。

一般的な回路図の記号は次の2 つです。

• 
  ANSIスタイル: (a) 抵抗器、(b) レオスタット (可変抵抗器)、(c) ポテンショメータ
• 
  IEC抵抗器記号

回路図で抵抗器の値を示す表記法はさまざまです。

一般的な方式の 1 つは、 IEC 60062に準拠したRKM コードです。この表記では、小数点記号を使用する代わりに、部品の抵抗に対応する SI 接頭辞と緩く関連付けられた文字を使用します。たとえば、回路図または部品表(BOM) の部品マーキング コードとしての8K2 は、抵抗値が 8.2 kΩ であることを示します。ゼロを追加すると、許容誤差が狭くなります (たとえば、有効数字 3 桁の場合は15M0 )。接頭辞を使用せずに値を表現できる場合 (つまり、乗数 1)、小数点記号の代わりに「R」が使用されます。たとえば、1R2 は1.2 Ω を示し、18R は18 Ω を示します。

理想的な抵抗器（つまりリアクタンスのない抵抗）はオームの法則に従います。

$${\displaystyle V=I\cdot R.}$$

オームの法則によれば、抵抗器にかかる電圧( ) は、抵抗器を流れる電流( )に比例します。比例定数は抵抗値 ( ) です。たとえば、12 ボルトのバッテリーの端子間に 300オームの抵抗器が接続されている場合、その抵抗器には 12 / 300 = 0.04アンペアの電流が流れます。${\displaystyle V}$${\displaystyle I}$${\displaystyle R}$

オーム（記号：Ω）は、ジョージ・シモン・オームにちなんで名付けられた電気抵抗のSI単位です。1オームは1アンペアあたりのボルトに相当します。抵抗器は非常に広い範囲の値で指定および製造されているため、ミリオーム（1mΩ = 10 ⁻³  Ω）、キロオーム（1kΩ = 10 ³  Ω）、メガオーム（1MΩ = 10 ⁶  Ω）などの派生単位もよく使用されます。^{[2] [3] : p.20}

直列に接続された抵抗器の合計抵抗は、個々の抵抗値の合計です。

$${\displaystyle R_{\mathrm {eq} }=\sum _{i=1}^{n}R_{i}=R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}.}$$

並列に接続された抵抗器の総抵抗は、個々の抵抗器の逆数の合計の逆数である。^{[3] ：p.20ff}

$${\displaystyle R_{\mathrm {eq} }=\left(\sum _{i=1}^{n}{\frac {1}{R_{i}}}\right)^{-1}=\left({1 \over R_{1}}+{1 \over R_{2}}+{1 \over R_{3}}+\dots +{1 \over R_{n}}\right)^{-1}}$$

たとえば、10オームの抵抗器を5オームの抵抗器と15オームの抵抗器と並列に接続すると、⁠1/1/10 + 1/5 + 1/15⁠抵抗オーム、または⁠30/11⁠ = 2.727オーム。

並列接続と直列接続を組み合わせた抵抗器ネットワークは、どちらか一方の小さな部分に分割することができます。複雑な抵抗器ネットワークの中にはこの方法では解決できないものもあり、より高度な回路解析が必要になります。一般的に、このような問題を解決するには、 Y-Δ変換または行列法を使用することができます。^{[4] [5] [6]}

抵抗値R (オーム)の抵抗器が消費する電力P (ワット) は、任意の瞬間に次のように計算されます。 ここで、V (ボルト) は抵抗器にかかる電圧、I (アンペア) は抵抗器を流れる電流です。オームの法則を使用すると、他の 2 つの形式を導き出すことができます。この電力は熱に変換され、抵抗器の温度が過度に上昇する前に抵抗器のパッケージによって放散される必要があります。^{[3] : p.22}$${\displaystyle P=IV=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}}}$$

抵抗器の定格は、最大電力消費量に応じて決まります。ソリッドステート電子システムの個別抵抗器の定格は通常、1 ⁄ 10、1 ⁄ 8、または1 ⁄ 4ワットです。通常、これらの抵抗器が消費する電力は 1 ワットよりはるかに少ないため、電力定格についてはあまり注意を払う必要がありません。

電力抵抗器は、相当量の電力を消費する必要があり、通常は電源、電力変換回路、および電力増幅器で使用されます。この指定は、定格電力が 1 ワット以上の抵抗器に緩く適用されます。電力抵抗器は物理的に大きく、以下で説明する推奨値、カラー コード、および外部パッケージを使用しない場合があります。

抵抗器によって消費される平均電力が定格電力を超えると、抵抗器が損傷し、抵抗値が永久的に変化する可能性があります。これは、温度が上昇したときに温度係数によって生じる抵抗値の可逆的な変化とは異なります。電力消費が多すぎると、抵抗器の温度が上昇して、回路基板や隣接するコンポーネントが燃えたり、火災が発生したりすることがあります。過負荷や持続時間に関係なく炎が発生しない耐火抵抗器もあります。

抵抗器は、空気の循環が悪い、標高が高い、動作温度が高いなどの状況を考慮して、実際の使用時よりも高い定格消費電力で指定される場合があります。

すべての抵抗器には最大定格電圧があり、これにより抵抗値が高い場合の電力消費が制限されることがあります。^[7]たとえば、1 ⁄ 4ワットの抵抗器（非常に一般的なリード線付き抵抗器）の中には、抵抗値が100 MΩ ^[8]、最大定格電圧が750 Vと記載されているものがあります。しかし、100 MΩの抵抗器に750 Vを連続的に印加しても、電力消費は6 mW未満にしかならず、公称1 ⁄ 4ワットの定格は意味をなさなくなります。

実際の抵抗器には直列インダクタンスと小さな並列容量があり、これらの仕様は高周波アプリケーションで重要になることがあります。理想的な抵抗器でも本質的にジョンソンノイズがありますが、一部の抵抗器はノイズ特性が悪く、低ノイズアンプやその他の敏感な電子機器では問題となる場合があります。

一部の精密アプリケーションでは、抵抗の 温度係数も問題になる場合があります。

不要なインダクタンス、過剰ノイズ、温度係数は、主に抵抗器の製造に使用される技術に依存します。通常、特定の技術を使用して製造された特定の抵抗器ファミリに対して個別に指定されることはありません。^[9]ディスクリート抵抗器ファミリは、フォームファクタ、つまりデバイスのサイズとリード（または端子）の位置によって特徴付けられる場合もあります。これは、それらを使用する可能性のある回路の実際の製造に関連しています。

実際の抵抗器は、特定の回路でその抵抗器が予測する電力消費を超える最大電力定格も指定されます。これは主にパワーエレクトロニクスの用途で問題となります。電力定格が高い抵抗器は物理的に大きくなり、ヒートシンクが必要になる場合があります。高電圧回路では、抵抗器の定格最大動作電圧に注意を払う必要がある場合があります。特定の抵抗器に最小動作電圧はありませんが、抵抗器の最大定格を考慮しないと、電流が流れたときに抵抗器が焼損する可能性があります。

スルーホール部品には通常、「リード」（発音は/ l iː d z /）があり、部品の最長軸と平行な線上で「軸方向」に本体から出ています。他の部品では、リードが「放射状」に本体から出ています。他の部品はSMT （表面実装技術）である場合があり、高出力抵抗器ではリードの 1 つがヒートシンク内に設計されている場合があります。

カーボン コンポジション抵抗器 (CCR) は、埋め込まれたワイヤ リードまたはリード線が取り付けられた金属エンド キャップを備えた固体円筒形抵抗素子で構成されています。抵抗器の本体はペイントまたはプラスチックで保護されています。20 世紀初頭のカーボン コンポジション抵抗器の本体は絶縁されておらず、リード線は抵抗素子ロッドの端に巻き付けられ、はんだ付けされていました。完成した抵抗器は、値によって 色分けするために塗装されていました。

カーボンコンポジション抵抗器の抵抗素子は、微粉末カーボンと絶縁材料（通常はセラミック）の混合物から作られています。樹脂が混合物を固定します。抵抗は、充填材料（粉末セラミック）とカーボンの比率によって決まります。良導体であるカーボンの濃度が高いほど、抵抗は低くなります。カーボンコンポジション抵抗器は 1960 年代以前によく使用されていましたが、現在では、他のタイプの方が許容範囲、電圧依存性、ストレスなどの仕様が優れているため、一般的な用途には普及していません。カーボンコンポジション抵抗器は、過電圧でストレスがかかると値が変わります。さらに、湿気の多い環境に長時間さらされた場合など、内部の水分含有量が多いと、はんだ付けの熱によって抵抗値が不可逆的に変化します。カーボンコンポジション抵抗器は経時安定性が低いため、工場で選別され、許容範囲はせいぜい 5% に抑えられています。^[10]これらの抵抗器は非誘導性であるため、電圧パルスの低減やサージ保護の用途に使用するとメリットがあります。^[11]カーボン複合抵抗器は、部品のサイズに比べて過負荷に耐える能力が高い。^[12]

炭素合成抵抗器は現在でも入手可能ですが、比較的高価です。抵抗値は1オームの数分の1から22メガオームまでの範囲でした。高価なため、これらの抵抗器はほとんどの用途では使用されなくなりました。ただし、電源や溶接制御では使用されています。^[12]また、真正性が重要となるヴィンテージ電子機器の修理にも需要があります。

カーボンパイル抵抗器は、2枚の金属接触プレートの間に圧縮されたカーボンディスクのスタックで作られています。クランプ圧力を調整すると、プレート間の抵抗が変わります。これらの抵抗器は、自動車のバッテリーや無線送信機のテストなど、調整可能な負荷が必要な場合に使用されます。カーボンパイル抵抗器は、定格が数百ワットまでの家庭用電化製品（ミシン、ハンドミキサー）の小型モーターの速度制御としても使用できます。^{[13]カーボンパイル抵抗器は、発電機の自動}電圧レギュレータに組み込むことができ、カーボンパイルがフィールド電流を制御して比較的一定の電圧を維持します。^[14]この原理はカーボンマイクロフォンにも適用されています。

炭素膜抵抗器の製造では、絶縁基板上に炭素膜を堆積し、その中にらせんを切って細長い抵抗経路を作ります。さまざまな形状とアモルファスカーボンの抵抗率（500～800 μΩ m）を組み合わせることで、幅広い抵抗値を実現できます。炭素膜抵抗器は、結合のない純粋なグラファイトを正確に分散しているため、炭素複合抵抗器に比べてノイズが低くなっています。^[15]炭素膜抵抗器の定格電力範囲は、70 °Cで0.125 W～5 Wです。抵抗値は1オーム～10メガオームの範囲で用意されています。炭素膜抵抗器の動作温度範囲は-55 °C～155 °Cです。最大動作電圧範囲は200～600ボルトです。高いパルス安定性が求められる用途では、特殊な炭素膜抵抗器が使用されます。^[12]

カーボン コンポジション抵抗器は、プリント回路基板(PCB) 製造プロセスの一環として、直接 PCB 基板に印刷できます。この手法はハイブリッド PCB モジュールでより一般的ですが、標準のファイバーグラス PCB でも使用できます。許容誤差は通常かなり大きく、30% 程度になることがあります。一般的な用途は、それほど重要ではないプルアップ抵抗器です。

厚膜抵抗器は1970年代に普及し、今日のSMD（表面実装デバイス）抵抗器のほとんどがこのタイプです。厚膜抵抗器の抵抗素子は薄膜抵抗器の1000倍の厚さですが^[16]、主な違いは膜が円筒（軸方向抵抗器）または表面（SMD抵抗器）にどのように適用されるかです。

薄膜抵抗器は、絶縁基板上に抵抗材料をスパッタリング（真空蒸着法）して作られます。次に、プリント基板を製造する従来の（減法）プロセスと同様の方法でフィルムをエッチングします。つまり、表面に感光性材料を塗布し、パターンフィルムで覆い、紫外線を照射し、露出した感光性コーティングを現像し、下にある薄膜をエッチングで除去します。

厚膜抵抗器はスクリーン印刷とステンシル印刷のプロセスを使用して製造されます。^[12]

スパッタリングを行う時間を制御できるため、薄膜の厚さを正確に制御できます。材料の種類もさまざまで、窒化タンタル（TaN）、酸化ルテニウム（RuO）などの1つまたは複数のセラミック（サーメット）導体で構成されています。
₂）、酸化鉛（PbO）、ルテニウム酸ビスマス（Bi
₂ル
₂お
₇）、ニッケルクロム（NiCr）、またはイリジウムビスマス（Bi
₂イル
₂お
₇）。

薄膜抵抗器と厚膜抵抗器の製造後の抵抗値はどちらもそれほど正確ではありません。通常は研磨またはレーザートリミングによって正確な値に調整されます。薄膜抵抗器の許容誤差は通常 1% ～ 5%、温度係数は 5 ～ 50 ppm/Kと指定されます。また、ノイズレベルも厚膜抵抗器の 10 ～ 100 倍と大幅に低くなっています。^[17]厚膜抵抗器には同じ導電性セラミックスが使用される場合もありますが、複合材料をスクリーン印刷できるように、焼結（粉末）ガラスとキャリア液が混合されます。このガラスと導電性セラミックス（サーメット）材料の複合材料は、約 850 °C のオーブンで溶融（焼成）されます。

厚膜抵抗器が最初に製造されたとき、許容誤差は 5% でしたが、標準許容誤差はここ数十年で 2% または 1% に改善されました。^{[期間? ]}厚膜抵抗器の温度係数は通常 ±200 または ±250 ppm/K です。40ケルビン(70 °F) の温度変化により、抵抗は 1% 変化します。

薄膜抵抗器は通常、厚膜抵抗器よりもはるかに高価です。たとえば、許容誤差が 0.5%、温度係数が 25 ppm/K の SMD 薄膜抵抗器をフルサイズのリール単位で購入すると、1%、250 ppm/K の厚膜抵抗器の約 2 倍のコストがかかります。

現在、一般的なアキシャルリード抵抗器のタイプは金属皮膜抵抗器です。金属電極リードレスフェイス ( MELF ) 抵抗器でも、同じ技術が使用されることがよくあります。

金属皮膜抵抗器は通常ニッケルクロム (NiCr) でコーティングされますが、薄膜抵抗器用に上記に挙げたサーメット材料のいずれかでコーティングされることもあります。薄膜抵抗器とは異なり、材料はスパッタリング以外の方法で塗布される場合があります (ただし、これは使用される 1 つの方法です)。抵抗値は、カーボン抵抗器の製造方法と同様に、エッチングではなく、コーティングにらせんを切ることで決定されます。その結果、許容誤差は妥当 (0.5%、1%、または 2%) となり、温度係数は通常 50 ～ 100 ppm/K になります。^[18]金属皮膜抵抗器は、電圧係数が低いため、ノイズ特性が良好で、非線形性が低くなります。また、長期安定性にも優れています。^[12]

金属酸化物フィルム抵抗器は金属酸化物で作られているため、金属フィルムよりも動作温度が高く、安定性と信頼性に優れています。耐久性が求められる用途で使用されます。

巻線抵抗器は、一般的にはニクロムなどの金属線をセラミック、プラスチック、またはグラスファイバーの芯の周りに巻くことによって作られます。 線の端は、芯の端に取り付けられた 2 つのキャップまたはリングにはんだ付けまたは溶接されます。 アセンブリは、塗料、成形プラスチック、または高温で焼き付けたエナメルコーティングの層で保護されています。 これらの抵抗器は、450 °C までの異常に高い温度に耐えられるように設計されています。 ^[12]低電力巻線抵抗器のワイヤリードは通常、直径 0.6 ～ 0.8 mm で、はんだ付けしやすいように錫メッキされています。 高電力巻線抵抗器の場合、セラミック製の外装ケースか、絶縁層の上にアルミニウム製の外装ケースが使用されます。 外装ケースがセラミックの場合、このような抵抗器は「セメント」抵抗器と呼ばれることがありますが、実際には従来のセメントは含まれていません。 アルミニウムケースのタイプは、熱を放散するためにヒートシンクに取り付けられるように設計されています。定格電力は適切なヒートシンクの使用に依存します。たとえば、50 W 定格電力の抵抗器は、ヒートシンクを使用しないと、消費電力のほんの一部で過熱します。大型の巻線抵抗器は、1,000 ワット以上の定格になる場合があります。

巻線抵抗器はコイルであるため、他の種類の抵抗器よりも望ましくないインダクタンスが大きくなります。ただし、ワイヤを交互に逆方向に巻くことで、インダクタンスを最小限に抑えることができます。他の技術では、バイファイラ巻き、または平らで薄い巻線（コイルの断面積を減らすため）を使用します。最も要求の厳しい回路では、アイルトン・ペリー巻きの抵抗器が使用されます。

巻線抵抗器の用途は、高周波用途を除いて合成抵抗器の用途と同様である。巻線抵抗器の高周波応答は合成抵抗器よりも大幅に劣る。^[12]

1960年にフェリックス・ザンドマンとシドニー・J・スタイン^[19]は、非常に高い安定性を持つ抵抗膜の開発を発表しました。

箔抵抗器の主な抵抗素子は、数マイクロメートルの厚さのクロムニッケル合金箔です。クロムニッケル合金は、電気抵抗が大きく（銅の約 58 倍）、温度係数が小さく、酸化に対する耐性が高いという特徴があります。例としては、クロメル A とニクロム V があり、その典型的な組成は 80 Ni と 20 Cr で、融点は 1420 °C です。鉄を加えると、クロムニッケル合金はより延性になります。ニクロムとクロメル C は、鉄を含む合金の例です。ニクロムの典型的な組成は、60 Ni、12 Cr、26 Fe、2 Mn で、クロメル C は 64 Ni、11 Cr、Fe 25 です。これらの合金の融点は、それぞれ 1350 °C と 1390 °C です。^{[20] [全文引用が必要]}

1960年代に導入されて以来、箔抵抗器は入手可能な抵抗器の中で最も精度と安定性に優れています。安定性の重要なパラメータの1つは、抵抗温度係数（TCR）です。箔抵抗器のTCRは非常に低く、長年にわたってさらに改善されてきました。超高精度箔抵抗器の1つのシリーズは、TCR 0.14 ppm/°C、許容差±0.005%、長期安定性（1年）25 ppm、（3年）50 ppm（密閉シールによりさらに5倍改善）、負荷時の安定性（2000時間）0.03%、熱起電力0.1 μV/°C、ノイズ-42 dB、電圧係数0.1 ppm/V、インダクタンス0.08 μH、静電容量0.5 pFを提供します。^[21]

このタイプの抵抗器の熱安定性は、金属の電気抵抗が温度とともに増加し、熱膨張によって減少して箔の厚さが増加するという相反する効果にも関係しています。箔の他の寸法はセラミック基板によって制限されます。^{[引用が必要]}

電流計シャントは特殊なタイプの電流検出抵抗器で、4 つの端子があり、ミリオームまたはマイクロオーム単位の値を持ちます。電流測定器自体は、通常、限られた電流しか受け入れることができません。高電流を測定するには、電流をシャントに通し、シャントをまたぐ電圧降下を測定して電流として解釈します。一般的なシャントは、絶縁ベースに取り付けられた 2 つの固体金属ブロック (真鍮の場合もあります) で構成されています。ブロック間には、温度係数(TCR)が低いマンガニン合金のストリップが 1 つ以上はんだ付けまたはろう付けされています。ブロックにねじ込まれた大きなボルトで電流接続を行い、はるかに小さなネジで電圧計接続を行います。シャントはフルスケール電流で定格が決められ、定格電流で 50 mV の電圧降下が生じることがよくあります。このようなメーターは、適切にマークされたダイヤル面を使用してシャントの全電流定格に適合させます。メーターの他の部分を変更する必要はありません。

重工業の高電流用途では、グリッド抵抗器は、2つの電極の間に列状に接続されたスタンプされた金属合金ストリップの大きな対流冷却格子です。このような工業グレードの抵抗器は冷蔵庫ほどの大きさになることがあります。一部の設計では500アンペア以上の電流を処理でき、抵抗範囲は0.04オーム未満に及びます。これらは、機関車や路面電車のダイナミックブレーキや負荷バンキング、産業用AC配電の中性点接地、クレーンや重機の制御負荷、発電機の負荷テスト、変電所の高調波フィルタリングなどの用途で使用されます。 ^[22]

グリッド抵抗器という用語は、真空管の制御グリッドに接続されたあらゆるタイプの抵抗器を表すために使用されることがあります。これは抵抗器技術ではなく、電子回路トポロジです。

• サーメット
• フェノール
• タンタル
• 水抵抗器

抵抗器には 1 つ以上の固定タッピング ポイントがあり、接続ワイヤを別の端子に移動することで抵抗を変更できます。一部の巻線電力抵抗器には、抵抗素子に沿ってスライドできるタッピング ポイントがあり、抵抗のより大きな部分またはより小さな部分を使用できます。

機器の動作中に抵抗値を連続的に調整する必要がある場合、スライド抵抗タップを、オペレータがアクセスできるノブに接続することができます。このようなデバイスはレオスタットと呼ばれ、 2 つの端子があります。

ポテンショメータ（口語ではポット）は、シャフトやノブの回転、またはリニアスライダーによって制御される連続的に調整可能なタッピングポイントを備えた3端子抵抗器です。^[23]ポテンショメータ という名前は、タッピングポイントに接続された端子に可変電位を提供する調整可能な電圧分割器としての機能に由来しています。オーディオ機器の音量調節は、ポテンショメータの一般的な用途です。一般的な低電力ポテンショメータ（図を参照）は、炭素組成物、金属フィルム、または導電性プラスチックの平らな抵抗素子（B）と、表面に沿って移動する弾力性のあるリン青銅ワイパー接点（C）で構成されています。別の構造は、フォームに抵抗線を巻き、ワイパーがコイルに沿って軸方向にスライドするものです。^[23] これらは、ワイパーが移動すると、抵抗が1回転の抵抗に等しいステップで変化するため、解像度が低くなります。^[23]

高解像度のマルチターン ポテンショメータは、精密アプリケーションで使用されます。これらには、通常、らせん状の芯棒に巻かれた巻線抵抗素子があり、コントロールを回すとワイパーがらせん状のトラック上を移動し、ワイヤと連続的に接触します。分解能を向上させるために、ワイヤに導電性プラスチック抵抗コーティングが施されているものもあります。これらは通常、全範囲をカバーするためにシャフトを 10 回回転します。これらは通常、単純な回転カウンターと目盛り付きダイヤルを含むダイヤルで設定され、通常 3 桁の分解能を達成できます。電子アナログ コンピューターでは、係数を設定するためにこれらが大量に使用され、ここ数十年の遅延スイープ オシロスコープのパネルにも 1 つ搭載されていました。

• 
  一般的なパネルマウントポテンショメータ
• 
  プリント基板に取り付けるために設計された小型スルーホールポテンショメータの品揃え。

抵抗10進ボックスまたは抵抗器代替ボックスは、多くの値の抵抗器を含むユニットで、1つまたは複数の機械式スイッチを使用して、ボックスが提供するさまざまな個別の抵抗のいずれかをダイヤルインできます。通常、抵抗は高精度で、ラボ/校正グレードの20ppmの精度からフィールドグレードの1％までの範囲です。精度が低い安価なボックスも利用できます。すべてのタイプは、抵抗器を1つずつ接続したり、各値をストックしたりすることなく、ラボ、実験、開発作業で抵抗を選択してすばやく変更する便利な方法を提供します。提供される抵抗の範囲、最大分解能、および精度がボックスの特徴です。たとえば、1つのボックスは0〜100メガオームの抵抗を提供し、最大分解能は0.1オーム、精度は0.1％です。^[24]

さまざまな量に応じて抵抗が変化するデバイスが多数あります。NTCサーミスタの抵抗は強い負の温度係数を示すため、温度の測定に便利です。電流が流れることで熱くなるまで抵抗が大きいため、機器の電源を入れたときに過度の電流サージを防ぐためにもよく使用されます。同様に、湿度計の抵抗は湿度に応じて変化します。光検出器の一種であるフォトレジスタの抵抗は、照度に応じて変化します。

ひずみゲージは、1938年にエドワード E. シモンズとアーサー C. ルージュによって発明されたもので、加えられたひずみに応じて値が変化する抵抗器の一種です。抵抗器は 1 個だけ使用することも、1 組 (ハーフ ブリッジ) またはホイートストン ブリッジ構成で接続された 4 個の抵抗器を使用することもできます。ひずみ抵抗器は、機械的ひずみを受ける物体に接着剤で接着されます。ひずみゲージとフィルター、アンプ、アナログ/デジタル コンバーターを使用すると、物体のひずみを測定できます。

関連するが、より最近の発明では、量子トンネル複合材を使用して機械的ストレスを感知します。この複合材は、加えられた圧力の変化に応じて、大きさが 10 ¹²倍変化する電流を流します。

抵抗器の値は、オーム計で測定できます。これは、マルチメーターの機能の 1 つです。通常、テスト リードの端にあるプローブが抵抗器に接続されます。単純なオーム計では、電池からの電圧を未知の抵抗器 (既知の値の内部抵抗器が直列に接続されている) に適用して、メーターの動きを駆動する電流を生成します。オームの法則に従って、電流は内部抵抗とテスト対象の抵抗器の合計に反比例するため、アナログ メーターのスケールは非常に非線形で、無限大から 0 オームまで調整されます。アクティブ エレクトロニクスを使用するデジタル マルチメーターでは、代わりに指定された電流をテスト抵抗に流すことができます。その場合、テスト抵抗に発生する電圧は、測定されて表示される抵抗に直線的に比例します。どちらの場合も、メーターの低抵抗範囲では、高抵抗範囲よりも多くの電流がテスト リードに流れます。これにより、存在する電圧は適切なレベル（通常は 10 ボルト未満）になり、それでも測定可能になります。

分数オーム抵抗器などの低い値の抵抗器を許容できる精度で測定するには、4 端子接続が必要です。1 組の端子は抵抗器に既知の較正済み電流を流し、もう 1 組の端子は抵抗器の両端の電圧降下を検出します。一部の実験室品質のオーム計、ミリオーム計、さらにはより高性能なデジタル マルチメータの中には、この目的のために 4 つの入力端子を使用して検出するものもあり、ケルビン クリップと呼ばれる特殊なテスト リード線と共に使用できます。2 つのクリップのそれぞれに、互いに絶縁された一対のジョーがあります。各クリップの片側は測定電流を流し、他の接続は電圧降下を検出するためだけに使用されます。抵抗は、測定電圧を適用電流で割った値として、オームの法則を使用して再び計算されます。

抵抗器の特性は、さまざまな国家規格を使用して定量化され、報告されています。米国では、MIL-STD-202 ^[25]に他の規格が参照する関連する試験方法が含まれています。

機器に使用する抵抗器の特性を規定するさまざまな規格があります。

• IEC 60062 (IEC 62) / DIN 40825 / BS 1852 / IS 8186 / JIS C 5062等 (抵抗器カラーコード、RKMコード、日付コード)
• EIA RS-279 / DIN 41429 (抵抗器カラーコード)
• IEC 60063（IEC 63）/ JIS C 5063 （Eシリーズ標準値）
• ミリタリーPRF26
• MIL-PRF-39007 (固定電力、確立された信頼性)
• MIL-PRF-55342 (表面実装厚膜および薄膜)
• MIL-PRF-914
• MIL-R-11 規格が廃止
• MIL-R-39017 (固定、汎用、確立された信頼性)
• MIL-PRF-32159 (ゼロオームジャンパー)
• UL 1412（ヒューズおよび温度制限抵抗器）^[26]

他にも米国軍事調達の MIL-R 規格があります。

抵抗の第一標準である「水銀オーム」は、1884年に0℃で長さ106.3cm、断面積1平方ミリメートルの水銀柱として最初に定義されました。この標準を再現するために物理定数を正確に測定することが困難であったため、30ppmものばらつきが生じました。1900年からは、水銀オームは精密機械加工されたマンガニン板に置き換えられました。^[27] 1990年以来、国際抵抗標準は、1985年にノーベル物理学賞を受賞したクラウス・フォン・クリッツィングが発見した量子化ホール効果に基づいています。 ^[28]

非常に高精度の抵抗器は、校正や実験室での使用のために製造されています。抵抗器には4つの端子があり、1つの端子で動作電流を流し、もう1つの端子で電圧降下を測定します。これにより、電圧感知リード線に電荷が流れないため、リード抵抗間の電圧降下による誤差が排除されます。これは、リード抵抗が重要であったり、抵抗標準値と比較できる小さな値の抵抗器（100～0.0001オーム）では重要です。^[29]

アキシャル抵抗器のケースは通常、黄褐色、茶色、青、または緑（ただし、濃い赤や濃い灰色など、他の色の場合もあります）で、抵抗値（および許容差）を示す 3 ～ 6 本の色の縞模様が表示され、温度係数と信頼性クラスを示す帯が含まれる場合があります。 4 本の縞模様の抵抗器では、最初の 2 本の縞模様は抵抗値の最初の 2 桁をオーム単位で表し、3 本目は乗数、4 本目は許容差（ない場合は ±20% を示します）を表します。 5 本および 6 本の縞模様の抵抗器では、3 本目の帯は 3 桁目を、4 本目は乗数、5 本目は許容差を表します。6 本目の縞模様は温度係数を表します。 抵抗器の定格電力は通常は表示されておらず、サイズから推測されます。

表面実装抵抗器には数字が付けられています。

20 世紀初頭の抵抗器は、基本的に絶縁されておらず、色分けのために本体全体を塗料に浸していました。この基本色は最初の数字を表します。2 番目の数字を表すために、要素の一方の端に 2 番目の色の塗料が塗られ、中央の色の点 (または帯) が 3 番目の数字を表します。ルールは「本体、先端、点」で、この順序で値の 2 つの有効数字と小数乗数を提供します。デフォルトの許容誤差は ±20% でした。許容誤差が狭い抵抗器には、もう一方の端に銀色 (±10%) または金色 (±5%) の塗料が塗られていました。

初期の抵抗器は、多かれ少なかれ恣意的な丸い数字で作られており、シリーズには100、125、150、200、300などがありました。^[30]茶色のガラスエナメルタイプなどの初期の電力用巻線抵抗器は、ここで述べたようないくつかの推奨値のシステムで作られていました。製造された抵抗器には一定のパーセンテージの許容誤差があり、抵抗器の実際の値が隣接する抵抗器とわずかに重なるように、許容誤差と相関する値を製造するのは理にかなっています。間隔が広いと隙間ができ、間隔が狭いと、多かれ少なかれ互換性のある抵抗器を提供するための製造コストと在庫コストが増加します。

論理的なスキームは、等比数列で増加する値の範囲の抵抗器を生産することです。これにより、各値は、範囲の許容誤差と一致するように選択された固定の乗数またはパーセンテージだけ前の値よりも大きくなります。たとえば、許容誤差が ±20% の場合、各抵抗器を前の抵抗器の約 1.5 倍にして、6 つの値で 10 をカバーすることが理にかなっています。より正確には、使用される係数は 1.4678 ≈ であり、1～10 の 10 倍の範囲に対して 1.47、2.15、3.16、4.64、6.81、10 という値になります (10 倍の範囲は、係数 10 で増加します。0.1～1 や 10～100 も他の例です)。これらは実際には 1.5、2.2、3.3、4.7、6.8、10 に切り上げられます。その後に 15、22、33、... が続き、その前には ... 0.47、0.68、1 が続きます。この方式は、IEC 60063 の推奨数値の E6 シリーズとして採用されています。さらに、段階的に解像度が細かくなるコンポーネント用に、E12、E24、E48 、E96 、E192シリーズもあり、各 10 進数内に 12、24、48、96、192 の異なる値があります。実際に使用される値は、IEC 60063 の推奨数値リストに記載されています。 ${\displaystyle 10^{1/6}}$

100 オーム ±20% の抵抗器は、80 ～ 120 オームの値を持つことが予想されます。その E6 の隣の抵抗器は、68 (54 ～ 82) および 150 (120 ～ 180) オームです。適切な間隔として、E6 は ±20% のコンポーネントに使用され、E12 は ±10%、E24 は ±5%、E48 は ±2%、E96 は ±1%、E192 は ±0.5% 以上です。抵抗器は、その許容差に適した IEC60063 の範囲で、数ミリオームから約 1 ギガオームまでの値で製造されます。製造業者は、測定に基づいて抵抗器を許容差クラスに分類する場合があります。したがって、許容誤差が ±10% の 100 オームの抵抗器の選択は、予想されるように (ベル曲線) 100 オーム付近 (ただし、10% 以内) にあるのではなく、5 ～ 10% 高いか、5 ～ 10% 低い (ただし、100 オームより近くない) かの 2 つのグループに分かれる可能性があります。これは、工場で 5% 未満の誤差として測定された抵抗器は、±5% 以内の許容誤差のみを持つ抵抗器としてマークされ、販売されるためです。回路を設計するときには、この点を考慮する必要があります。製造後の測定に基づいて部品を分類するこのプロセスは「ビニング」と呼ばれ、抵抗器以外のコンポーネント (CPU の速度グレードなど) にも適用できます。

より大きなサイズの表面実装抵抗器 (メートル法1608以上) には、アキシャル抵抗器で使用されるコードに関連するコードで数値が印刷されています。標準許容差の表面実装技術 (SMT)抵抗器には 3 桁のコードが付けられており、最初の 2 桁は値の最初の 2 桁の有効数字、3 桁目は 10 の累乗 (ゼロの数) です。例:

• 334 = 33 × 10 ⁴ Ω = 330 kΩ
• 222 = 22 × 10 ² Ω = 2.2 kΩ
• 473 = 47 × 10 ³ Ω = 47 kΩ
• 105 = 10 × 10 ⁵ Ω = 1 MΩ

100 Ω 未満の抵抗は、100、220、470 と表記されます。最後のゼロは 10 のゼロ乗、つまり 1 を表します。例:

• 100 = 10 × 10 ⁰ Ω = 10 Ω
• 220 = 22 × 10 ⁰ Ω = 22 Ω

間違いを防ぐために、これらの値は 10 または 22 とマークされることがあります。

10 Ω 未満の抵抗には、小数点の位置を示す「R」が付いています。例:

• 4R7 = 4.7Ω
• R300 = 0.30Ω
• 0R22 = 0.22Ω
• 0R01 = 0.01Ω

表面実装のゼロオームリンクでは抵抗が（ほぼ）ゼロであるため、000 と 0000 が値として表示されることがあります。

最近の表面実装抵抗器は物理的に小さすぎるため、実用的なマーキングを施すことができません。

表面実装型やアキシャルリード型を含む多くの高精度抵抗器には、4 桁のコードが付けられています。最初の 3 桁は有効数字で、4 桁目は 10 の累乗です。例:

• 1001 = 100 × 10 ¹ Ω = 1.00 kΩ
• 4992 = 499 × 10 ² Ω = 49.9 kΩ
• 1000 = 100 × 10 ⁰ Ω = 100 Ω

アキシャルリード高精度抵抗器では、この 4 桁のコードを表すためにカラー コード バンドがよく使用されます。

IEC 60062:2016に現在含まれる旧 EIA-96 マーキング システムは、物理的に小型の高精度抵抗器向けの、よりコンパクトなマーキング システムです。2 桁のコードと文字 (合計 3 つの英数字) を使用して、1% 抵抗値を 3 桁の有効数字で示します。^[31] 2 桁 (「01」から「96」まで) は、標準E96 シリーズの1% 抵抗値の 96 の「位置」の 1 つを示すコードです。大文字は10 の累乗を示すコードです。たとえば、「01C」というマーキングは 10 kOhm、「10C」は 12.4 kOhm、「96C」は 97.6 kOhm を表します。^{[32] [33] [34] [35] [36]}

抵抗値または静電容量値を調べる手順：^[37]

1. 最初の 2 文字は電力消費容量を表します。
2. 次の 3 桁は抵抗値を表します。
   1. 最初の2桁は重要な値です
   2. 3桁目は乗数です。
3. 最後の桁は許容範囲を表します。

抵抗器がコード化されている場合:

• EB1041: 消費電力 = 1/2ワット、抵抗値 =10 × 10 ⁴ ±10% = 間9 × 10 ⁴オームと11 × 10 ⁴オーム。
• CB3932: 消費電力 = 1/4ワット、抵抗値 =39 × 10 ³ ±20% = 間31.2 × 10 ³と46.8 × 10 ³オーム。

抵抗器が一般的に構成される一般的な使用パターンがいくつかあります。^[38]

抵抗器は、回路を流れる電流量を制限するためによく使用されます。多くの回路部品 (LED など) は、流れる電流を制限する必要がありますが、それ自体は電流量を制限するものではありません。そのため、過電流状態を防ぐために抵抗器が追加されることがよくあります。また、回路には、本来回路を流れる電流量が必要ない場合が多いため、抵抗器を追加して、そのような回路の消費電力を制限することができます。

多くの場合、回路は他の回路 (電圧コンパレータなど) にさまざまな基準電圧を提供する必要があります。固定電圧は、他の 2 つの固定電圧 (電源電圧とグランドなど) の間に 2 つの抵抗器を直列に接続することで得られます。2 つの抵抗器間の端子は、2 つの電圧間の電圧になり、2 つの抵抗器の相対抵抗値に基づく直線距離になります。たとえば、200 オームの抵抗器と 400 オームの抵抗器を 6 V と 0 V の間に直列に接続すると、それらの間の端子は 4 V になります。

回路が電源に接続されていない場合、その回路の電圧はゼロではなく未定義です (以前の電圧や環境によって影響を受ける可能性があります)。プルアップ抵抗器またはプルダウン抵抗器は、回路が切断されている場合 (ボタンが押されていない、またはトランジスタがアクティブでないなど) に回路に電圧を提供します。プルアップ抵抗器は回路を高い正電圧に接続し (回路に高い正のデフォルト電圧が必要な場合)、プルダウン抵抗器は回路を低い電圧または接地に接続します (回路に低いデフォルト電圧が必要な場合)。抵抗器の値は、回路がアクティブなときに、接続されている電圧源が回路の機能に過度の影響を及ぼさない程度に高くする必要がありますが、回路が非アクティブになったときに十分に速く「プル」され、電圧がソース値から大幅に変化しない程度に低くする必要があります。

微弱な信号を増幅する場合、特に増幅の最初の段階では、電子ノイズを最小限に抑える必要があることがよくあります。理想的な抵抗器であっても、散逸要素として、端子間でランダムに変動する電圧、つまりノイズを自然に生成します。このジョンソン・ナイキスト ノイズは、抵抗器の温度と抵抗値のみに依存する基本的なノイズ源であり、変動散逸定理によって予測されます。特定の温度では、抵抗値が大きいほど電圧ノイズが大きく、抵抗値が小さいほど電流ノイズが大きくなります。

実際の抵抗器の熱雑音も理論予測よりも大きくなる可能性があり、その増加は通常周波数に依存します。実際の抵抗器の過剰雑音は、電流が流れているときにのみ観測されます。これは、周波数の 1 桁あたり抵抗器に印加される電圧あたりの雑音 μV である μV/V/decade の単位で指定されます。μV/V/decade 値は dB で示されることが多く、雑音指数が 0 dB の抵抗器は、周波数の 1 桁ごとに抵抗器に印加される電圧ごとに 1 μV (rms) の過剰雑音を示します。したがって、過剰雑音は1/ f雑音の例です。厚膜抵抗器とカーボン コンポジション抵抗器は、低周波数で他のタイプよりも多くの過剰雑音を生成します。ノイズ特性が優れているため、巻線抵抗器と薄膜抵抗器がよく使用されます。カーボン コンポジション抵抗器は雑音指数が 0 dB になることがあります。一方、バルク金属箔抵抗器は雑音指数が -40 dB になることがあります。そのため、通常、金属箔抵抗器の過剰雑音は重要ではありません。^[39]薄膜表面実装抵抗器は、通常、厚膜表面実装抵抗器よりもノイズが低く、熱安定性に優れています。過剰ノイズはサイズにも依存します。一般に、抵抗器の物理的サイズが大きくなると（または複数の抵抗器を並列に使用すると）、小さい部品の独立して変動する抵抗が平均化される傾向があるため、過剰ノイズは減少します。

それ自体は「ノイズ」の例ではありませんが、抵抗器は熱電対として動作し、両端の温度が異なると熱電効果により小さな直流電圧差を生じます。この誘導直流電圧は、特に計装アンプの精度を低下させる可能性があります。このような電圧は、抵抗器のリードと回路基板および抵抗器本体の接合部に現れます。一般的な金属皮膜抵抗器は、約 20 μV/°C の大きさでこのような効果を示します。一部の炭素合成抵抗器は、400 μV/°C もの熱電オフセットを示すことがありますが、特別に作られた抵抗器では、この数値を 0.05 μV/°C まで下げることができます。熱電効果が重要になる可能性があるアプリケーションでは、温度勾配を避け、基板上の空気の流れに気を付けるために、抵抗器を水平に取り付けるように注意する必要があります。^[40]

適切に設計された回路における抵抗器の故障率は、半導体や電解コンデンサなどの他の電子部品に比べて低いです。抵抗器の損傷は、供給される平均電力が熱放散能力（抵抗器の定格電力で指定）を大幅に超えた場合に、過熱によって最も頻繁に発生します。これは回路外部の障害による場合もありますが、抵抗器に接続された回路内の別の部品（ショートしたトランジスタなど）の故障によって発生する場合がよくあります。抵抗器を定格電力に近すぎる電力で動作させると、抵抗器の寿命が短くなったり、抵抗値が大幅に変化したりすることがあります。安全な設計では、この危険を回避するために、通常、電力アプリケーションでは定格以上の抵抗器を使用します。

低電力薄膜抵抗器は、最大指定電圧以下、最大電力定格以下であっても、長期の高電圧ストレスによって損傷を受ける可能性があります。これは、スイッチングモード電源集積回路に電力を供給する起動抵抗器の場合によく見られます。^{[引用が必要]}

炭素皮膜抵抗器は過熱すると抵抗値が減少または増加することがあります。^[41] 炭素皮膜抵抗器と複合抵抗器は、最大消費電力に近い状態で動作させると故障（開回路）する可能性があります。金属皮膜抵抗器と巻線抵抗器でも同様のことが起こる可能性はありますが、その可能性は低いです。

機械的ストレスや湿度などの悪環境要因により抵抗器が故障する可能性もあります。密閉されていない場合、巻線抵抗器は腐食する可能性があります。

表面実装抵抗器は、抵抗器の内部構造に硫黄が侵入することで故障することが知られています。この硫黄は銀層と化学反応を起こし、非導電性の硫化銀を生成します。抵抗器のインピーダンスは無限大になります。硫黄耐性と耐腐食性を備えた抵抗器は、自動車、産業、軍事用途で販売されています。ASTM B809 は、部品の硫黄に対する感受性をテストする業界標準です。

大きな抵抗値 (数百キロオーム以上) の抵抗器が使用されている場合、別の故障モードが発生する可能性があります。抵抗器には、最大電力消費量だけでなく、最大電圧降下量も指定されています。この電圧を超えると、抵抗器は劣化し、抵抗値が徐々に減少します。大きな抵抗器の両端の電圧降下は、電力消費量が限界値に達する前に超過することがあります。一般的に使用される抵抗器の最大電圧は数百ボルトであるため、これが問題になるのは、これらの電圧が発生するアプリケーションの場合のみです。

可変抵抗器は、ワイパーと抵抗本体の接触不良によって、別の方法で劣化することもあります。これは汚れや腐食が原因である可能性があり、接触抵抗が変動すると「パチパチ音」として聞こえます。これは、特にデバイスを調整する際に顕著になります。これは、スイッチの接触不良によって発生するパチパチ音に似ています。スイッチと同様に、ポテンショメータもある程度は自己洗浄機能があります。ワイパーを抵抗に当てると接触が改善されることがあります。特に汚れた環境や過酷な環境で調整されることがほとんどないポテンショメータでは、この問題が発生する可能性が最も高くなります。接触の自己洗浄が不十分な場合は、通常、接触クリーナー(「チューナークリーナー」とも呼ばれます) スプレーを使用することで改善できます。オーディオ回路 (ボリューム コントロールなど) で汚れたポテンショメータのシャフトを回すと発生するパチパチ音は、望ましくない DC 電圧が存在すると大幅に強調され、多くの場合、回路内の DC ブロッキング コンデンサの故障を示します。

• 回路設計
• ダミーロード
• 電気インピーダンス
• 高抵抗値抵抗器（電子機器）
• 鉄水素抵抗器
• 圧電抵抗効果
• ショットノイズ
• サーミスタ
• トリマー（電子機器）

• Color Coded Resistance Calculator - University of Pennsylvania
• Resistor Types – Does It Matter? - Aiken Amps
• Difference between types of resistors - Analog Devices
• Basics of Linear Fixed Resistors - Vishay
• 4-terminal resistors – How ultra-precise resistors work - PSL
• Beginners' Guide to Potentiometers - ESP