精密・高精度抵抗について

精密・高精度抵抗器とは

電子機器の小型・高機能・高性能化に伴い、電子回路の高精度化を実現するため、抵抗器の高精度化の要求が高まっています。

精密・高精度な抵抗器とは、製造段階でのつくり込みで抵抗値のばらつきが小さく、且つ使用環境などで変動の少ない抵抗器です。これらの抵抗器は、特に高精度な測定や制御が求められる回路で重要な役割を果たします。本コラムでは、精密・高精度抵抗器の特性、用途、および代表的なシリーズについてわかりやすく解説します。

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Ⅰ．精密・高精度抵抗器の重要な特性　　　　　　　　　　

１．抵抗値許容差

まずは抵抗値許容差について解説します。実際の抵抗器の抵抗値にはバラツキがあります。そこで、製造段階では、トリミング^※１などの方法により、公称抵抗値に合わせ込むように調整します。実際に製造された抵抗器の抵抗値が特定の抵抗値に対してどのくらいずれる可能性があるかを%で示すものが抵抗値許容差です。

例えば許容差が±1%の場合、100Ωの抵抗器の抵抗値は、99Ωから101Ωの間に入ります。

抵抗器は市場に広く出回っていますが、その多くは許容差が±5%のものです。

一方、高精度な抵抗器は±0.1%以下の許容差で、超精密級（RNCFシリーズなど）では±0.01%対応も可能となり、公称値に非常に近い抵抗値を提供します。これにより、回路の性能が安定し、正確な動作が保証されます。

※１トリミングとは、抵抗値を正確に調整するため抵抗体に溝を入れる工程。

２. 抵抗温度係数（TCR）

抵抗温度係数は、「抵抗器の温度変化に対して抵抗値がどの程度変化するか」を、温度差1℃あたりの抵抗値変化を百万分率(ppm)で表しています。単位はppm/℃です。

抵抗器のカタログにも出てくるパラメータなのでご存知の方も多いと思います。
英語のTemperature Coefficient of Resistanceの頭文字から”TCR”と呼ぶことが多いです。

一般的な抵抗器のレンジは10ppm/℃～1000ppm/℃です。
（1～5ppm/℃のような高精度品も存在します。）

下記の図1は25℃を基準としたときに±100ppm/℃の製品がとりうる抵抗値変化範囲を示したものです。
　TCR値が正（+）か負（-）かにより温度変化に対する変化が増加か低下か異なります。

図1 ±100ppm/℃の抵抗値変化範囲

当然ながらTCRは小さい方が部品特性として安定で、信頼性の高い回路設計もできます。
一つの製品シリーズ内で複数のTCRのグレードをラインナップしているものもありますが、
基本的に狭TCRになるほどコストも高いので、バランスを見て選定することをお勧めします。

３.周波数特性

理想的な抵抗器は抵抗成分のみを持つ状態ですが、実際には抵抗以外の寄生成分を持ちます。両端電極やトリミング溝を挟んだ抵抗体がキャパシタンス、リード線、らせん状の抵抗体や巻線はインダクタンスとなり、簡易的な等価回路図は図２のようになります。また、インピーダンスZは以下の式で表されます。

　　　　　　　　図２　抵抗器の簡易等価回路

高周波回路や高周波成分を含む電流・電圧波形においてインピーダンスは公称抵抗値からズレることもあるため、回路動作に影響を及ぼす場合があります。
　図３は抵抗器の周波数特性です。特に1MΩ以上ではスイッチング電源などでもスイッチング周波数として利用される100kHz手前からインピーダンスが変化し始めることもあります。また、抵抗値が小さい場合は高周波領域で寄生インダクタンスが支配的となりインピーダンスが高くなり、抵抗値が大きい場合は高周波領域で寄生容量が支配的となりインピーダンスが小さくなります。

回路の高周波化が進むトレンドにおいて無視できないポイントになっていくのではないでしょうか。

　　　　　　　　図4　1/4Wリード線形抵抗器の周波数特性（シミュレーション）