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トランジスタ技術SPECIAL

トランジスタ技術SPECIAL for フレッシャーズ

アナログ回路設計の勘所(SP No.112)

ケース・スタディで学び定番/便利デバイスを活用する

B5判 144ページ
定価1,944円(税込)
JANコード:JAN9784789849128
2010年10月1日発行
トランジスタ技術SPECIAL編集部 / 編
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 半導体や材料の飛躍的な進化によって,電子回路の設計に利用できるICや電子部品は豊富な品揃えが用意されています.高性能なアナログ回路を含む電子機器も,これらのデバイスを組み合わせることで作ることができます.しかし,確実に動作するアナログ回路の設計は,電子部品や半導体デバイスの癖を知りつくし,豊富な経験をもつベテランだけになせるわざです.最近のデバイスは良くできていて,データシートどおりに作ればそこそこに動作します.そのためか,出荷直前になって思わぬトラブルに見舞われてしまうことも多いようです.そのような事態を回避するために,実務で通用するベテランの知識を分野別に分類し,ケース・スタディとしてまとめました.定番/便利デバイスの活用方法についても,実用回路例を豊富に示しながら解説します.
目次

◆基礎編

第1章 回路図の描きかたから部品の特徴まで
 電子回路設計の基礎知識

1-1 読みやすい回路図の描きかた
 信号の流れや部品の役割を意識するとよい
1-2 抵抗などの値が一見中途半端になっている理由
 世界中のメーカが共通の標準値を設けている
1-3 アルミ電解コンデンサには極性がある
 特性の劣化,破裂や液漏れなどの危険がある
1-4 アルミ電解コンデンサの液漏れ
 寿命が尽きたので交換する必要がある
1-5 アルミ電解コンデンサは長寿命タイプを低温度で使う
 できるだけ長時間使用するためには
1-6 電子機器の信頼性はMTBF を指標にする
 回路が故障するまでの時間を数値化する
1-7 アルミ電解コンデンサの寿命と故障率
 故障率と寿命は違うので比較できない
1-8 半導体デバイスの保存期間を守ることが重要
 保存期間は吸湿耐性で決まる
1-9 ICソケットの形状による違い
 丸ピン型は接触が確実だが着脱しにくい
1-10 電源パターンとグラウンド間のコンデンサ
 1個にまとめてしまってはいけない
1-11 高周波信号の伝送には同軸ケーブルを使う
 普通の平行ケーブルは高周波の伝送に向かない


第2章 必要な機能や性能を安定に引き出すために
 OPアンプ応用回路のケース・スタディ
2-1 OPアンプの出力電圧はグラウンドや電源電圧までは出ない
 内蔵トランジスタの動作のために0.6V+αが必要
2-2 OPアンプには入力可能な電圧範囲が規定されている
 バッファ回路の出力は同相入力電圧範囲で制限される
2-3 使わないOPアンプの入力端子の処理
 開放状態にしておくとトラブルの元になる
2-4 OPアンプ回路は発振する場合がある
 入力されていない信号が出力される
2-5 OPアンプの入力をオープンにしてはいけない
 入力部のトランジスタのベース電流の経路が絶たれてしまう
2-6 OPアンプのオフセット・シフトに注意
 内部回路が原因で生じる
2-7 雑音を減らすためにはアンプ前後にパッシブ・フィルタを入れる
 雑音に対する帯域を狭めることが必要
2-8 改良型ハウランド電流ポンプという定番回路
 正と負の定電流出力が可能なアンプを作るには
2-9 定電流出力回路の高精度化
 OPアンプとトランジスタで構成した回路の精度を高める
2-10 OPアンプの同相入力電圧範囲に注意する
 差動入出力の回路でひずみを生じることがある
2-11 積分回路ではコンデンサやOPアンプの選択に注意が必要
 出力の変動が止まらなくなる
2-12 高速型OPアンプではパターンや周辺部品に注意する
 周波数帯域を伸ばすために高速型に変更するとき
2-13 インスツルメンテーション・アンプの内部飽和に注意する
 高すぎる同相電圧によって生じる
2-14 高精度型OPアンプではパッケージへの応力に注意する
 プリント基板の変形などが影響を及ぼす

第3章 さまざまなアナログ信号を正確にディジタル化するために
 A-Dコンバータ応用回路のケース・スタディ
3-1 A-DコンバータICの選びかた
 分解能と変換速度,インターフェースで選ぶ
3-2 A-Dコンバータの入力帯域と雑音
 変換データの下位数ビットの安定性に影響する
3-3 入力信号をアッテネータで減衰する
 入力がフルスケールを越えるような場合
3-4 高周波の雑音がエイリアスとなる
 入力していない信号が変換データに現れる
3-5 マルチプレクサの入力容量に注意する
 入力切り替え時にオフセットが出ることがある

第4章 デバイスの破壊や機器の故障率などを考慮する
 電源&パワー・デバイスのケース・スタディ
4-1 3端子レギュレータの出力電圧を調整する方法
 2個の抵抗または1個のダイオードを外付けすることで可能
4-2 3端子レギュレータで正負電源を作る際の注意点
 片方の出力が0Vになったままになることがある
4-3 半導体のチップ温度の測りかた
 損失に熱抵抗を乗じて表面温度を加える
4-4 昇圧型コンバータのスタンバイ電流を減らす方法
 電池動作機器などで必要となる
4-5 出力電圧を設定する抵抗の考えかた
 基準電源ICに流れるバイアス電流の影響を考慮する
4-6 MOSFETの並列接続で出力電流を大きくする方法
 ゲート閾値電圧の仕様に注意が必要
4-7 ターンオンの高速化でMOSFETが壊れることがある
 OFF時のドレイン電流の急上昇が問題となる
4-8 MOSFETの最大VDS を越えるノイズへの対処法
 チャネル温度の規定値を守る必要がある

◆実践編

第5章 アナログ信号の増幅から正弦波の発生まで
 計測/測定と信号発生の実用回路
5-1 入手しやすい部品で実現する微少電流測定回路
 分解能が1pAで最大値が19.999nA
5-2 双方向の電流測定回路
 電圧降下がわずか10mVで低電圧/小電流にも使える
5-3 容量測定による近接センサ回路
 環境変化による誤検出を防げる
5-4 リターン・ロス/VSWR の測定回路
 800M〜2GHzの帯域で使用できる
5-5 ゲイン/損失測定回路
 10M〜2GHzの帯域で使用できる
5-6 ウィンドウ・コンパレータ回路
 コンパレータ1個で電圧範囲内/外を判定できる
5-7 両エッジの遷移が約3nsの方形波発生回路
 回路が簡単で広帯域なアンプの実動作の確認に使える
5-8 周波数300kHz定振幅のLC 発振回路
 変位センサや金属探知,近接スイッチなどに使える
5-9 単電源動作の100Hz〜10kHzブリッジドT型発振回路
 回路が簡単でオーディオ機器の試験に使える
5-10 オーディオ周波数帯ウィーン・ブリッジ型発振回路
 汎用OPアンプで手軽にできる
5-11 三角波と矩形波を発生する回路
 振幅を入力信号でコントロールできる

第6章 マイコンやディジタル回路で扱いやすい信号にする
 信号の変換とフィルタリングの実用回路
6-1 論理信号から高精度な±3Vの信号を作り出す回路
 PWM出力を精度良くアナログ信号に変換できる
6-2 位相差分波器に使えるオール・パス回路
 振幅は一定,ある周波数帯域で90°位相を変える
6-3 計測用アッテネータ&バッファ回路
 A-Dコンバータにオシロスコープ用プローブで信号を取り込む
6-4 350mV/10nsのパルスを5V/70μsのパルスに変換する回路
 微小信号を検出しやすくなる
6-5 帯域2MHzのRMS-DC変換回路
 任意波形信号の電圧の実効値を出力する
6-6 電圧-周波数変換回路
 最高1MHz出力,クロック同期で高精度
6-7 周波数-電圧変換回路
 0.5k〜12kHzを0.25%の直線性で変換
6-8 マイコン内部で処理中の信号をモニタするテクニック
 2線シリアルD-Aコンバータを使った
6-9 ダイオードを使わない3種類の絶対値回路
 高精度/高速化を実現する
6-10 5次,上限4kHzの位相差分波器
 ダイレクト・コンバージョン送受信機などに使える
6-11 オーディオA-Dコンバータ用差動入力バッファ回路
 シングル/差動の両入力に対応し2次アンチエイリアシングLPFも兼ねる
6-12 広帯域アイソレーション・アンプ回路
 帯域が15MHzで耐圧1000V以上の
6-13 アナログ・スイッチによるサンプル&ホールド回路
 アクイジション時間が850nsで保持電圧の降下率が30μV/μsの
6-14 ゲイン切り替え機能付きアンプ回路
 切り替え時間が100nsと速い
6-15 高速にゲインを+1倍/-1倍に切り替える回路
 パルス幅変調回路に使える
6-16 ブートストラップ回路
 直流入力抵抗が2MΩ,入力インピーダンスが1GΩでセンサのバッファとして使える
6-17 2次ロー・パス・フィルタ回路
 減衰特性が12dB/octで簡易アンチエイリアシング・フィルタに使える
6-18 7次ロー・パス・フィルタ回路
 FMステレオ・トランスミッタの高域雑音除去に使える
6-19 5次ロー・パス・フィルタ回路
 カットオフ周波数が10MHz

 第7章 基本的な電源回路から基準電流源/低雑音電源まで
 アナログ回路に使う電源の実用回路
7-1 並列運転が可能なシリーズ・レギュレータを使った電源回路
 出力電圧を抵抗1本で0Vから設定できる
7-2 基準電流生成回路
 ワンチップで50/100/200/300/400μAを生成できる
7-3 負電圧発生回路
 タイマIC NE555を応用したチャージ・ポンプ電源 (1)
7-4 低雑音電源回路 (1)
 100Hzから50kHzまで10nV/√Hzの雑音特性
7-5 低雑音電源回路 (2)
 出力30mAで部品点数が少ない
7-6 n倍電圧発生回路
 タイマIC NE555を応用したチャージ・ポンプ電源(2)

第8章 小型で高効率のDC-DCコンバータ回路を使用する
 携帯機器やディジタル回路に使う電源の実用回路
8-1 高入力電圧時も高効率なLDOレギュレータ回路
 降圧型コンバータ内蔵ICを使った
8-2 低出力電圧時も高効率なLDOレギュレータ回路
 昇圧型コンバータ内蔵のICを使った
8-3 10A出力の超小型降圧型コンバータ回路
 外付けインダクタ不要,極少の外付け部品
8-4 計装回路用AC24V入力/DC5V出力の電源回路
 ソフトウェアで簡単に回路設計できる
8-5 降圧型/昇圧型/反転型/昇降圧型コンバータ回路
 わずかな外付け部品で各種DC-DCコンバータを作れる
8-6 多系統電圧出力ができる電源回路
 OPアンプによる定電圧回路を利用した
8-7 高効率で低雑音の複合共振型AC-DCコンバータ回路
 軽負荷時に間欠動作で損失を減らす
8-8 効率の高い昇降圧型コンバータ回路
 パワー・スイッチを内蔵した中出力電力用
8-9 2次側同期整流回路
 フライバック・コンバータの効率を大幅に向上させる
8-10 小型で高効率な降圧型コンバータ回路
 同期整流で電池動作に適した
8-11 超小型の降圧型コンバータ回路
 実装面積が7×8mm! インダクタ1個で2出力
8-12 入力電圧が出力電圧を上回っても出力が安定な昇圧型コンバータ回路
 リチウム・イオン電池から5Vが得られる
8-13 電池動作機器用の昇圧型コンバータ回路
 0.3Vの低入力電圧でも動作し燃料/太陽電池にも使える
8-14 電池1本から5V/30mAを取り出す回路
 CMOSロジックの駆動やLEDの点灯に使える
8-15 電池動作機器用の昇降圧型コンバータ回路
 昇圧と降圧を自動切り替え! 効率が約92%と高い

第9章 バイアス電圧の発生からモータ駆動回路まで
 特殊な用途に使う電源/パワーの実用回路
9-1 簡易シーケンス機能付き電源回路
 高周波アンプのバイアス電源に使える
9-2 0〜100V/2mAの直流可変電源
 100V以下のツェナー・ダイオードの電圧チェックにも使える
9-3 液晶駆動用のバイアス電圧発生回路
 多出力の電圧バッファを使った
9-4 小電力用フローティング電源回路
 コンパクトで電池のように使える
9-5 ブラシレスDCモータのレゾルバ用励磁回路
 電力線搬送通信用ライン・ドライバICを使った
9-6 4.5V〜20Vの高耐圧ロード・スイッチ
 突入電流の制限などの保護機能を内蔵する
9-7 ハイ・サイド用ゲート・ドライブ回路
 数個の外付けコンデンサでマイコンからMOSFETを駆動できる
9-8 モータ駆動用ブートストラップ回路
 汎用フォト・カプラを使ってシンプル

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