シーモスの通信講座TOP > 回路設計、LSI関連技術解説/用語集 > アナログ回路、デジタル回路、オペアンプ回路の違いや特徴を説明

アナログ?デジタル？オペアンプ？違いや特徴は？

シーモスの通信講座は３つに分かれています。アナログ回路設計CAD講座、デジタル回路設計CAD講座、CMOSオペアンプ回路設計CAD講座の３講座です。
アナログ回路とは、デジタル回路とは、オペアンプ回路とは、違いは何でしょうか。



まずアナログとデジタルの違いを説明します

アナログ回路とは・・・
電気信号（電圧）のが連続的な様々な値をとりうる回路

デジタル回路とは・・・
電気信号（電圧）が0（Hi）または1（Low）になる回路

アナログ信号の波形例

デジタル信号の波形例

回路設計ができるとは・・・
アナログの場合・・・欲しいアナログ信号（電圧・電流）が実現できること
ただし設計するにあたりデジタルより細かい指標や制約あり

デジタルの場合・・・思い通りのデジタル信号処理を実現できること
つまり論理（ロジック）設計ができること



アナログとデジタルの違いの波形で説明します

回路図を一見したところで、それがアナログ回路なのかデジタル回路なのか見分けがつかないと思います。
では出力波形を比較してみましょう。



これがアナログ回路の出力信号波形です。

アナログ回路の出力波形









これがデジタル回路の出力信号波形です。

デジタル回路の解析波形



アナログ回路の出力信号波形が曲線的、つまり様々な値をとるのに対し、デジタル回路の出力信号は直線的で、特定のステップで切り替わっていることがわかります。
つまり取り扱う信号の性質がアナログかデジタルかが異なるのです。





オペアンプの回路とは？オペアンプ自体とオペアンプを利用した回路の違いを説明

オペアンプはアナログ回路の重要要素なので、ほぼ例外なく使用されます。
RCローパス/ハイパスフィルタのように使用していないシンプルなものもありますが、アナログ回路設計CAD講座でもオペアンプを用いた回路がほとんどです。
回路設計CAD入門講座でもオペアンプを使用しています。アナログ回路ブロック全体で、オペアンプが使用されないことはありません。
オペアンプ自体は既存のものとして利用するという考え方ですが、オペアンプ自体の内部回路の設計もシーモスの通信講座では学べます。


三角形のシンボルで表現されたオペアンプを既存のパーツとして利用した回路の例

三角形のシンボルで表現されたオペアンプを既存のパーツとして利用した回路の例


U1というシンボルがオペアンプで、スペックを設定するのみで、内部回路はブラックボックス化されています。


オペアンプの内部回路


オペアンプの内部回路の一例として下図を示します。

オペアンプの内部回路





電子回路は電気信号の処理をするものです

電子回路における「電気信号の処理」とは、電圧や電流などの物理的な信号を、目的に応じて変換・増幅・抽出・演算等することを指します。これは、アナログ回路・デジタル回路・オペアンプ回路それぞれの役割と密接に関係しています。
アナログ信号の処理

アナログ信号は、時間とともに連続的に変化する電圧や電流です。センサーや音声信号など、自然界の情報はほとんどがアナログです。

処理例：
  • 増幅（小さな信号を大きくする）
  • フィルタリング（ノイズを除去）
  • 変換（電流→電圧など）
使用回路：
  • トランジスタ増幅器
  • オペアンプを用いたアクティブフィルタ


デジタル信号の処理

デジタル信号は、0と1の2値で構成される離散的な信号です。マイコンや論理回路で扱われ、制御や演算に適しています。

処理例：
  • 論理演算（AND, OR, NOT）
  • タイミング制御（クロック信号）
  • データ転送（シリアル通信など）
使用回路：
  • ゲートIC（TTL, CMOS）
  • フリップフロップ、カウンタ


オペアンプによる信号の処理

オペアンプ（演算増幅器）は、アナログ信号の処理において非常に汎用性の高い部品です。微小な信号の増幅や演算処理に使われます。

主な機能：
  • 増幅（反転・非反転）
  • 加算・減算・積分・微分
  • 電流→電圧変換（センサー信号処理）
  • フィルタリング（ローパス・ハイパス）
応用例：
  • フォトダイオードの電流を電圧に変換してマイコンで読み取る
  • 音声信号のノイズ除去と増幅
  • センサー信号の前処理（アナログ→デジタル変換前）


シーモスの回路設計CAD通信講座における位置づけ

シーモスではアナログ/デジタル/CMOSオペアンプの講座に分かれております。どの講座でもトランジスタレベルで各回路を明確に理解することができます。

トランジスタレベルの定義と位置づけ

レイヤー 内容 抽象度
システムレベル CPUやメモリなどの機能単位 高
論理ゲートレベル AND, OR, NOTなどの論理回路 中
トランジスタレベル NPN, PNP, NMOS, PMOSなどの個々のトランジスタの動作 低
物理レベル 半導体材料、拡散、酸化などの製造工程 最低


電子書籍のご案内

回路設計CAD通信講座は難しい説明を必要最小限に、設計の実技を重視した講座内容です。
用語や理論などを解説した電子書籍も出版しております。

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