オペアンプに使用するパスコンは何故０．１μＦなのでしょう?

いろいろ本を見てもパスコンは０．１μＦをつければいい。という内容が多く、
何故パスコンの容量が０．１μＦがいいかというのがわかりません。
計算式とかがあるのでしょうか？

No.2 ベストアンサー 回答者： dojustice 回答日時： 2004/12/02 15:39

下記の「図２コンデンサの特性：(b)」を見てください。

http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm0029 …

0.1μFのセラコンは、ほぼ8MHzで共振しています。
つまり8MHzまではキャパシタとしての特性を示しており、これより高い周波数ではインダクタと
なってしまうことがわかります。

0.1μFは単純に計算すると8MHzで0.2Ωのインピーダンスを示し、これは実用上十分低い
インピーダンスと考えられます。
つまり、大ざっぱにいって、10MHzまでは0.1μFのセラコンに守備を任せることができるわけです。
（従って、当然のことですが、10MHz～1GHzを扱うデバイスでは0.1μFでは不十分で、0.01μF～10pFといったキャパシタを並列に入れる必要が出てきます）

では低域の問題はどうでしょうか？
0.1μFは1MHzで2Ω、100kHzでは20Ωとなり、そろそろお役御免です。
この辺りからは、電源側に入れた、より大容量のキャパシタが守備を受け持つことになります。
（この「連携を考えることが、パスコン設計の重要なポイント」です）

ここで考えなければならないのが、この大容量キャパシタと0.1μFセラコンとの距離です。
10MHzは波長30mです。
したがって、（これも大ざっぱな言い方ですが）この1/4λの1/10、すなわち75cmくらいまでは、回路インピーダンスを問題にしなくてよいと考えます。

「1/40」はひとつの目安で、人によって違うと思いますが、経験上、大体これくらいを見ておけば、あまり問題になることはありません。
厳密には、実際に回路を動作させ、て異常が出ればパスコン容量を変えてみる、といった
手法をとります。

上記URLは、横軸目盛りがはっきりしていないので、お詫びにいくつかのパスコンに関するＵＲＬを貼っておきます。
ご参考にしてください。
http://www.rohm.co.jp/en/capacitor/what7-j.html
http://www.cqpub.co.jp/toragi/TRBN/contents/2004 …
http://www.murata.co.jp/articles/ta0463.html

参考URL：http://www.cqpub.co.jp/dwm/contents/0029/dwm0029 …

No.4 回答者： blueteeth7 回答日時： 2004/12/03 11:55

差し出がましく恐縮なのですが、A1さんのご回答がないので、代わって同補足欄の書き込みに

ご回答いたします。

http://www.murata.co.jp/catalog/c02/js0014.pdf
これは、某コンデンサメーカーのデータシートですが、100μFというチップ積層セラコンも
作られています。

しかし、Ａ2の方も言われているように、0.1μF以上では、共振周波数が8MHz以下になるので、
最近のオペアンプの性能からみると、対処できなくなる（パスコン機能がとれない）と思われます。
また、チップ積セラは、1μFを超えると急激に値段が高くなるという問題もあります。

計算式については、フィルタなどと違って、広範囲の周波数を対象にするものですから、
一発で求めることはできません。
目的とする全周波数域において、低インピーダンスを確保する必要があります。

インピーダンスの計算式は、Ａ2の方がやっておられるように、
　　Z=1/(2ΠfC)
で求めます。

そして、このうちの「何処から何処まで(f)をデバイス直近のパスコンに受け持たせるか？」
で、容量の振り分けを行うこととなります。
振り分けについての考え方は、A2さんが書かれているとおりです。

最後に、「一般的なところでは0.1μFを入れる」という考え方は、最近のオペアンプの性能、
コンデンサの形状、価格、部品配置等を勘案し、ほぼ妥当なところ、と考えます。
勿論、周波数帯域がより高いものであれば、より小容量のパスコンを並列に入れる、という
配慮も必要になってきます。

参考URL：http://www.murata.co.jp/catalog/c02/js0014.pdf

No.3 回答者： blueteeth7 回答日時： 2004/12/02 17:50

最近の積層セラコンは共振周波数が高くなってきているので、0.1μFくらいを付けておけば、

10MHzでも十分低いインピーダンスを示します。

一昔前は共振周波数が低かったので、10MHzくらいの回路を設計するときは、0.01μFを
並列に入れるとかの配慮が必要でした。

むろん、0.1μFがパスコンとして機能するのは、ANo.2の方がおっしゃっておられる
ように、数百kHz程度迄ですから、これ以下の周波数をカバーするためには、
より大容量のものが必要ですが、これは電源側の電解コンが受け持ちます。
（この間にもし切れ目が出来るようなら、それに対応する容量のコンデンサが必要になります）

積層セラコン（チップコン）の形状が小さくなったことも、0.1μF,１個ですませられる
ようになった理由でしょう。
（デバイスの直近に配置出来るようになった）

No.1 回答者： txrx 回答日時： 2004/12/02 09:40

パスコンは大きな方が良く効くのですが、電解コンデンサだと高周波に追従できません。

高周波をカットするには、やはりセラミックコンデンサになります。
ですからセラミックコンデンサの最も容量が大きな部品となるわけです。

昔は、積層セラミックコンデンサ等ありませんでしたので、もっと小さな0.01uやそれ以下のセラミックコンデンサを使用していました。
最近では積層セラミックコンデンサ等で小さくて容量を確保しつつ高周波特性に優れている部品が出てきています。
そこで0.1u等が使われるようになりました。
価格や、実装面積等に気を使う必要が無ければもっと大きな積層セラミックコンデンサでも大丈夫です。
気持ちとしてはもっと大容量のコンデンサを付けたいところですが、多くの人が0.1uを使用するので価格も安くなっています。
このため、0.1uの積層セラミックコンデンサが良く使われています。
あまり大きな容量のコンデンサを使用すると、電源投入時の電流が大きくなりますので、この辺も0.1uと言う容量に関係しそうですね。

この辺は、価格と性能の妥協でみなさん決めていますので、特に計算式等は無かったと思います。
単に安くて容量があり周波数特性に優れているのは積層セラミックの0.1uと言う訳です。
ただし、厳しい条件下で動作する回路等では、0.1uではなく条件に合ったコンデンサを選択することになります。

この回答への補足

わかりやすい答えをありがとうございます。
0.1uという大きさは積層セラミックコンデンサの
最大の大きさだからよく使用される。ということでしょうか？
数式はないのですね。理論では説明できないことってあるんですね。

補足日時：2004/12/03 00:27