Analog ABC(アナログ技術基礎講座)

「アナログ」という言葉を聞くと「古い」、「時代遅れ」、「頑固親父」なんていう印象を持つ人が多いかもしれません。アナログは「アナクロニズム(時代錯誤)」と語感が似ていることが原因かもしれませんが、アナログ回路の世界は楽しいものなのです。

Analog ABC(アナログ技術基礎講座):

計36回にも及ぶ連載をテーマごとに区切り、まとめました。「オームの法則」という最も基本的な数式から始まった連載が、「オペアンプ」や「Band Gap Reference」といったアナログ回路につながっていく道筋を理解できるはずです。

【EE Times Japan】()
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アナログ回路はシステム全体から見ると、非常に小規模な回路であることが一般的です。ただ、その小さな回路が周囲とどのように絡んでいるのかを「仕様書の数字の先にあるもの」、つまり開発の背景やその数字となった経緯など、仕様書に込められている「想い」や「夢」を一緒に開発する仲間はもちろん、パートナーやお客さんと共有できることが大切なのです。

【美齊津摂夫 , ディー・クルー・テクノロジーズ】()
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第33回以降、「Band Gap Reference(BGR)」について解説してきました。第33回ではBGR回路の基本原理、第34回と第35回では温度変化や電源雑音への対策を紹介しました。今回はBGR回路編の最終回として、「トランジスタの相対ばらつきと、BGR回路の起動」に焦点を当てます。

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第33回、第34回に分けて、さまざまな電子回路の基準電圧を生み出すBand Gap Reference(BGR)回路を設計してきました。幾つかの残された課題のうち、今回は電源電圧に含まれる雑音への対策を紹介します。

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第34回は、2つダイオードの端子電圧の差をうまく使うことで、電源電圧の変動に影響を受けない基準電圧を生み出せることを説明しました。今回は、温度変化による電圧変化を相殺するBGRを設計しましょう。

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今回はこれまでと話題を大きく変え、まだ紹介していなかったアナログ回路として「Band Gap Reference(BGR)」を取り上げます。

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第29回以降、バイポーラトランジスタの替わりに、MOSFETを使ってオペアンプを設計してきました。今回は、いよいよMOSFETを使ったオペアンプ設計編の最終回です。電源電圧付近で出力電圧が入力に追従できないという問題は前回解決しました。そこで、残されたGND側の特性の改善に取り組みましょう。

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今回は、前回に続いて、MOSFETを使ったオペアンプの特性の改善を進めます。前回は、オペアンプをボルテージフォロアとして使うと、出力電圧が電源電圧まで達しない原因を説明し、その対策として出力段のトランジスタの寸法を変えるという方法を紹介しました。今回は、トランジスタの寸法を変更しない改善方法を解説します。

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前回は、MOSFETを使ったオペアンプの構成を紹介し、基本的な特性を解説しました。今回は、前回以降、これまでに設計したオペアンプの幾つかの問題点を、1つ1つ解決していきます。まず今回は、アンプをボルテージフォロアとして使うと、グラウンド電圧や電源電圧の付近において、出力電圧が入力電圧に追従できないという課題に取り組みます。

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今回は、これまでに紹介してきた幾つかの基本回路と差動対を組み合わせて、MOSFETを使ったオペアンプを設計しましょう。本連載の第16〜第20回の「差動対がオペアンプに変身」シリーズと同様に、MOSFETでもオペアンプを構成しました。

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前回紹介した増幅回路は、2つのMOSFETのしきい値(Vth)のわずかなずれが、利得や動作点に大きな影響を与えるという欠点がありました。今回は、欠点をどのように改善するかを紹介しましょう。

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前回(第26回)はn型MOSFETを使い、20dB程度の利得を持つアンプを作りました。今回は、この増幅回路にp型MOSFETを追加して、さらに利得を高めたいと思います。

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本連載では、第24回以降バイポーラトランジスタからMOSFETに話題を移し、アナログ回路設計の基本を紹介してきました。今回は、前回に引き続き、MOSFETを使った増幅器の設計方法を解説しましょう。

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前回(第24回)は、MOSFETの基本的な性質を紹介しました。今回は、MOSFETを使った増幅回路の設計方法の基本を解説しましょう。

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今回からは、バイポーラトランジスタよりも広く使われている「CMOSトランジスタ」に注目して、特徴や利点、欠点などを紹介していきます。

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アンプを設計するとき、まずはアンプの特性をきちんと出さないと話になりません。そこで、電源は理想的だと仮定して、アンプを設計することが多いと思います。アンプの設計が終わって、さて電源フィルタはどうしようかと考え始めると、これが意外と難しいのです。

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振器を設計するとなかなか発振してくれないのに、アンプはすぐに発振してしまう…。高利得/広帯域のアンプを発振しないように設計するのは、結構難しいものです。

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事件は、工場の職長さんからの電話で始まりました。「おい美齊津くん、君が設計したモジュールにはセミでも入っているのか?」。「セミですか? そんなもの、入れていません」。「だって、恒温槽の中でモジュールがビービーと鳴いているぞ!」。

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前回に続き今回も、増幅回路の周波数特性を改善する方法を解説します。安定して動作するオペアンプを設計する上で重要なことは、十分な位相余裕と利得(ゲイン)余裕を確保することです。

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今回と次回は、オペアンプの周波数特性に注目します。オペアンプを設計するために、増幅回路のオープン特性が1次傾斜になるように工夫します。

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本連載では、第16回以降、差動対の基本的な回路から出発し、さまざまな付加回路を使ってオペアンプに近づける方法を紹介しています。今回は、増幅回路をオペアンプとして使うための条件の2つ目「入出力動作範囲が広いこと」に注目します。

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今回は前回に続いて、能動負荷を使った差動対の動作を解説します。今回は、アンプ(差動対)を交流解析(AC解析)することで、応答速度(周波数特性)を計算しましょう。

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これから数回に分けて、差動対の利得を大きく増やして、簡単なオペアンプを設計する方法を紹介します。今回と次回は、差動対の利得を大きく増やすために、「能動負荷」を使う方法を説明します。

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今回は、差動対の利得に焦点を当てましょう。差動対は、例えばオペアンプなど、あらゆる増幅器の入力段に使われています。増幅器の重要な指標である利得について、理解を深めるのは大切なことです。

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今回は、差動対の数多くの特長や使い道のうち、同相雑音の除去機能とリミッタ機能に焦点を当てましょう。差動対がこれらの機能を備える理由を、数式をうまく使いながら紹介します。

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今回からは新たに、「差動対」と呼ぶ基本回路の特長と動作の仕組みを説明します。差動対がなければ、現在のように電子回路が発展していないと言ってよいほど、重要な回路です。

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前回は回路シミュレータを使って、直流解析と交流解析、過渡解析という3種類の解析が実行できることを紹介しました。今回は、解析のメカニズムについて紹介しましょう。

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今回は番外編として、「回路シミュレータ」について紹介します。これまでの本連載では、設計した増幅回路が設計通りに動作しているかどうかを確認するために、回路シミュレータを活用してきました。

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今回は前回に引き続き、エミッタ接地回路の特性を向上させるサプリメントのような「ベース接地回路」を紹介します。ベース接地回路を使えば、増幅回路の周波数特性の改善が図れます。

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前回までは、エミッタ接地増幅回路を説明してきました。今回はエミッタ接地回路の特性をさらに向上させるサプリメントのような「エミッタ・フォロア(コレクタ接地)回路」を紹介します。

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前回はエミッタ接地回路の温度特性の改善方法を紹介しました。温度変化に対して安定した特性を得られたので、これで良しとしたいところですが、まだ検討しなければならないことがあります。それは、トランジスタの個性、すなわち「製造ばらつき」への対策です。

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増幅回路を設計する際には、温度に対する特性変化にも気を配る必要があります。今回は温度変化への対策方法を紹介しましょう。

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前回は、トランジスタには3つの接地方式があることを紹介しました。今回はそのうちの1つ「エミッタ接地回路」を取り上げます。

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アナログ回路を設計する上で、トランジスタの基本的な動作や特性、接続方法を理解するのは大切なことです。本連載でも、トランジスタを活用したさまざまな回路を紹介する予定です。まずはその前準備として、トランジスタの動作や接続方法について大まかに説明します。

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今回は、前回説明した共振現象の応用例として、フィルタ回路を取り上げます。フィルタ回路は、インダクタンス(L)、コンデンサ(C)、抵抗素子(R)のいずれかを組み合わせて構成します。

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今回は実際に、抵抗(R)やインダクタ(L)、コンデンサ(C)の直列回路や、並列回路のインピーダンスを考察し、そこに現われる現象を調べてみます。

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連載2回目となる今回は次回と合わせて、アナログ回路を設計する上で「自分なりの答え」を出すために知っておくべき、基本的な法則を紹介します。

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「アナログ」という言葉を聞くと「古い」、「時代遅れ」、「頑固親父」なんていう印象を持つ人が多いかもしれません。アナログは「アナクロニズム(時代錯誤)」と語感が似ていることが原因かもしれませんが、アナログ回路の世界は楽しいものなのです。

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Analog ABC(アナログ技術基礎講座):

アナログ技術基礎講座「Analog ABC」の執筆者であるディー・クルー・テクノロジーズの美齊津摂夫氏へのインタビュー。EE Time Japanの2008年6月号の技術者インタビュー「Spotlight」の内容を再録したものです。

【前川慎光 , EE Times Japan】()
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