⚡ リアクタンス計算ツール

キャパシタとインダクタが交流電流の流れを妨げるのは、抵抗ではなくリアクタンスという周波数依存の性質によるものです。単位はオームで表します。キャパシタのリアクタンスはXₘ＝1/(2πfC)で、高い周波数は通しやすく、低い周波数は遮断します。インダクタのリアクタンスはXₙ＝2πfLで、ちょうど逆の働きをします。この二つが、あらゆるフィルタ、クロスオーバーネットワーク、同調回路の周波数選択の基本ブロックになっています。

リアクタンスの考え方で、同じスピーカーボックスの中のツイーターとウーファーが音域を分担できる理由、カップリング段のコンデンサが直流を遮断する理由、電源をインダクタが平滑化する理由がすべて説明できます。上昇する曲線と下降する曲線の二つを理解することが、周波数選択回路を設計する第一歩です。オーディオや電源設計では、オームの法則計算ツールと組み合わせるとインピーダンス全体が見えてきます。

この計算機は、周波数（Hz・kHz・MHz・GHz）とキャパシタンスまたはインダクタンスを受け取り、基本単位に換算したうえでXₘ＝1/(2πfC)またはXₙ＝2πfLを適用します。LとCの両方が入力された場合は、二つのリアクタンスが等しくなる共振周波数も求めます。これは二つの曲線の交差点であり、LC共振周波数計算ツールと同じf₀＝1/(2π√(LC))です。

派生するkΩ・MΩ表記は、素子の大きさをすばやく見極めるのに役立ちます。LC共振のクロスチェックは、同調回路のためにコンデンサとインダクタを組み合わせるときに便利です。回路全体のインピーダンス（抵抗とリアクタンスの合成）を扱う場合は、結果をオームの法則計算ツールなど他の電子回路ツールと組み合わせてください。

1. 素子の種類（コンデンサまたはインダクタ）を選びます。
2. 素子の値と単位（pF〜F、またはnH〜H）を入力します。
3. 周波数とその単位（Hz・kHz・MHz・GHz）を入力します。
4. 「計算する」を押すと、リアクタンスがΩ・kΩ・MΩで表示されます。
5. LとCの両方を入力した場合は、共振のクロスチェックも確認できます。

抵抗とリアクタンスの違いは何ですか？

抵抗は周波数によらず同じように電流を妨げ、エネルギーを熱として消費します。リアクタンスは電界や磁界にエネルギーを蓄えたり返したりすることで電流を妨げ、周波数に依存します。この二つを合わせたものがインピーダンスZ＝R＋jXです。

周波数が上がると容量性リアクタンスが下がるのはなぜですか？

コンデンサは充放電によって電荷を通します。周波数が高いほど1周期が短くなり、同じ電圧でも1秒あたりに流れる電荷が増えます。つまり妨げが実質的に小さくなるのです。直流（0Hz）ではXcが無限大になるため、コンデンサは直流を遮断します。

XCとXLが等しくなる周波数はどこですか？

二つのリアクタンスが一致する周波数が共振点f₀＝1/(2π√(LC))です。両方の値を入力すると計算機が表示します。f₀より低い周波数では回路は容量性、高い周波数では誘導性として振る舞います。

リアクタンスとインピーダンスは同じものですか？

違います。インピーダンスは抵抗とリアクタンスのベクトル和で、Z＝√(R²＋X²)に位相角が伴います。リアクタンスはその虚数成分だけを指します。理想的なコンデンサやインダクタ（R＝0）なら数値は一致しますが、実際の素子には必ず抵抗成分があります。

カップリング回路のコンデンサ値はどう選べばよいですか？

通過させたい最低周波数で、後段のインピーダンスよりXcを十分小さく（目安は10分の1以下）選びます。オーディオのカップリングなら、100HzでXcが約160Ω以下になるようC＞10µFを選びます。オーディオ回路がマイクロファラッド級のコンデンサを使う理由です。

高周波で計算値と実測がずれるのはなぜですか？

実部品には寄生要素があります。コンデンサならESLやESR、インダクタなら巻線間容量やDCRです。自己共振周波数を超えると、素子の振る舞い自体が変わってしまいます。計算式が成り立つのはSRFより十分低い周波数帯です。

位相の振る舞いも覚えておきましょう。コンデンサでは電流が電圧より90°進み、インダクタでは90°遅れます。リアクタンスの絶対値だけではすべては語れませんが、フィルタのカットオフを決めるのはこの大きさです。高周波でコンデンサを扱うときは自己共振に注意してください。SRFを超えると、素子はコンデンサとして機能せず誘導性に見えます。インダクタの直流抵抗（DCR）は通常小さめですが、大電流のフィルタでは無視できません。リアクタンスが約10Ω未満、あるいは1MΩを超える値は、浮遊抵抗や浮遊容量の影響が支配的になり実回路では非現実的です。現実的な範囲で設計しましょう。オーディオのクロスオーバーでは、周波数を2倍にするとXLは2倍、Xcは半分になります。スピーカーシステムが1ドライバーあたり両方の素子を使う急峻なスロープのネットワークを採用するのはこのためです。音域を分けるネットワークの設計はLC共振周波数計算ツールとあわせてどうぞ。