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Designers' Tips

2025年12月29日号

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半導体/電子部品

トランジスタ/MOSFETなどの増幅素子から,コンデンサ/コイル/振動子などの基本コンポーネント,ケーブルやコネクタなどの機構部品の正しい使い方や動作原理を解説します.

ZEPマガジン

V-I特性を忠実に再現!SPICEモデル生成ツール Diode SPICE Model Creator
特性パラメータを求めるSPICEモデル生成ツールは実デバイスの特性に合わせ込むことは難しいため,実測の$V-I$特性に合わせ込むことを優先したツールを自作
[PR]トランジスタの増幅作用:キットで学ぶ電子回路設計
トランジスタのふるまいの理解は,電子回路設計の基礎を身につけるために重要.PC制御のUSBテスタでトランジスタを動かして,その基礎を身に付けよう
1度は必ず見舞われる定番トラブル「発振」と対策
発振は位相補償を適切に施すことで安全に制御できる.回路の寄生素子や信号遅延を理解し,小容量のキャパシタを追加することで対策できる
脱教科書!設計者が使う定数E24系列
E24系列は,基本的な抵抗値を24段階に分けて定義したもので,1.0,1.1,1.2から9.1までの数字が2桁の基本値として設定されている
非反転バッファや単電源アンプにレール・ツー・レールOPアンプ
レール・ツー・レールOPアンプは,入力端子や出力端子が電源電圧に非常に近い範囲で動作可能な信号増幅用アナログIC
バイポーラとFETどうやって使いわける?
バイポーラ・トランジスタは,ベースに流す電流に応じてコレクタ電流が増幅される.FETはゲートに加える電圧でドレイン-ソース間を制御する
トランジスタを動かす電流増幅の実験
トランジスタの動作によって,ベース電流に応じてコレクタ電流が増幅される.この特性を利用することで,スイッチやアンプを実現できる
USB半導体チェッカを動かす実習の準備
キット付きVOD教材「実験キットで学ぶ初歩の電子回路設計」に付属するUSB半導体チェッカを使う前に,電源供給や接続環境を確認する
実際の電子製品のプリント基板
プリント基板(Printed Circuit Board : PCB)は,電子回路を構成する配線パターンが形成された板
IC梱包には乾燥剤:リフロ過熱時の水分膨張防止
表面実装ICはリールやトレイ,銀色のシールド・バッグなどに梱包される.パッケージ内には乾燥剤が同梱され,内部の水分を吸収する
端子のはんだ付け用金属面「パッド」データの作成
部品の端子をはんだ付けするための金属面「パッド」のフット・プリントは,部品カタログに記載された寸法を基準に作成する
ノイズ除去と動作安定化:IC直近にはキャパシタ
IC直近に配置するキャパシタは,電源ラインに含まれる高周波ノイズや突入電流を吸収することで,ICの動作を安定化する働きがある
層と層の電気的接続穴「ビア」データ作成
プリント基板の層間を電気的に接続する「ビア」は.表面層から裏面層まで導通させ,信号や電源の経路を確保する穴.ビアの配置は配線効率やインピーダンス,熱管理にも影響する
はんだ塗布用属型メタル・マスク・データ作成
メタル・マスクとは,クリームはんだを基板上に正確に印刷するための,パッド形状の開口があるステンレス薄板.開口率やマスクオフセットがはんだ量と印刷品質に直結する
高電圧に耐えられる?AC100~200Vの配線技術
高電圧では,わずかな絶縁距離の不足や基板表面の汚れが原因でリーク電流や放電が発生することがある
MOSFETはマイコンで直駆動できない
MOSFETのゲートは電荷を蓄える容量性負荷であり,ON/OFFのたびに大きな電流を必要
IC入力端子を守る2つの保護ダイオード
アナログICやディジタルICは,入力電圧の範囲が電源電圧から0Vまでに制限されている.入力端子に過大な電圧が加わると,内部のトランジスタが壊れる
教科書が教えてくれない抵抗値選び
抵抗値の選定は,増幅率や分圧比に直接影響する.単純な計算だけでなく,実際の回路設計では,E12系列の抵抗を使うなど,入手性やコストも考慮する
安定に動作する負帰還アンプの検証と構築
OPアンプに同軸ケーブルなどの容量性負荷をつなぐと動作が不安定になる.また,帰還抵抗とOPアンプ自体の入力容量によっても不安定になる.とにかく容量には細心の注意を
低電圧/単電源動作のための適切なOPアンプ選定
OPアンプもディジタルICと同じく,電源電圧いっぱいで動くという理解は間違い.電源電圧いっぱいまで動かないOPアンプは多い
高精度増幅を実現するOPアンプの選び方
±LSB/2が±0.6mVの12ビットA-Dコンバータと組み合わせる増幅回路に使うOPアンプには±60μVの入力オフセット電圧性能が必要
OPアンプの周波数特性と適切な選び方
フィードバックをかけることでOPアンプは所望のゲインで動くが,その周波数特性はオープン・ループ・ゲインを超えられない.ゲインが10倍,$f_T$が10MHzなら実効的な帯域は1MHz
1石のトランジスタから電子回路の基本と設計法を学ぶ
2025年6月25日~7月30日.オリジナルのUSB測定器を動かしながら,トランジスタ回路やOPアンプ回路の動作を体験するセミナを開催
超高スルーレートのSiC/GaNを安全に使う
SiCやGaNのFETを安全に高速駆動するためには,誤動作防止のための分離構造,放熱設計に配慮が必要.特にケルビン・ソース端子の適切な扱いは信頼性確保に直結する
出力容量(Coss)が効率を悪化させる
$C_{oss}$によりスイッチング時にエネルギが蓄積され,その蓄積エネルギはスイッチ動作時に損失として消費される.容量値の大きい素子を選ぶと,高速スイッチングにおいて不利に働く
SiC化による逆回復損失の低減
SiC MOSFETではボディ・ダイオードの構造上,$Q_{rr}$は1桁から2桁小さく,おおよそ1/100の損失に抑えられる.ハード・スイッチングでも大きな損失を伴わずに高効率を維持できる
電流連続モード設計が容易に!低Qrr SiC MOSFET
Qrrは高周波スイッチング回路の効率と信頼性を左右する重要な因子.SiC MOSFETによってこの損失を抑えられることで,設計の自由度が高まり,電源回路の性能と信頼性が向上する
SiC GaN FETの高速ドライブ回路設計
車載のオンボード・チャージャを構成するPFC回路やLLC共振コンバータなどの高周波駆動が求められるブロックに,SiCやGaNといったワイドバンド・ギャップ半導体が導入されつつある
Si FETとJFETを縦積み!カスコード型 GAN FET
SiC JFETとSi MOSFETを縦に組み合わせたカスコード構成は,ノーマリ・オン特性を扱いやすくし,ノーマリ・オフのような挙動を可能にする
GaN MOSFETの構造
GaN MOSFETの高速スイッチングを活かすためには寄生インダクタンスを抑えるレイアウトとデッドタイムの管理が重要
SiCはSiの耐圧100倍,放熱効率3倍
SiC(炭化ケイ素)MOSFETは,シリコン(Si)ベースのMOSFETに比べて,同じドリフト層の厚さでも約30?40倍の耐圧が得られる特性をもつ
SiからGaN SiCまで!MOSFETの耐圧とオン抵抗
SiC(炭化ケイ素)は700Vから1200V,さらには1700V以上の高耐圧領域で普及が進んでいる.電気自動車や産業用インバータ向けに開発が進んでいる
GaNは横型,SiCは縦型
現在のGaNは,GaN on Siliconという形で横型のプロセスを採用.電子の流れが基板に対して平行方向に進むため,微細化によるスイッチング速度アップが可能
スーパージャンクションMOSFET 高耐圧特性の理由
スーパージャンクションMOSFETは,P柱を利用した電界制御により,ドリフト層の厚みや抵抗を増やすことなく,高耐圧化と低オン抵抗を両立している
Si MOSFET内部の電流経路
パワーMOSFETは縦型プレーナ構造をもち,電流はソース(S)からドレイン(D)へ,シリコン基板の厚み方向に流れる
IC実装済みモジュール 超高効率低雑音 LT8640
LT8640Sは,パッケージ内にセラミック・キャパシタを内蔵することで電力ループのインダクタンスを低減し,損失を10~20%削減した電源モジュール
最新リードレス電源ICの実力(ノイズ/効率/発熱)
LT8640を始めとする最新リードレス電源ICは,MOSFET駆動技術やフリップチップ構造などの採用により,信頼性や発熱特性が大幅に改善されている
最新リードレス電源のノイズ対策技術
端子が外部に露出していない構造をもつパッケージのICは,寄生インダクタンスが低く,高周波特性の向上やノイズ抑制が期待できる.代表的な例がQFNやLGA
最新モノリシック電源IC その回路とパッケージ
外付け部品が減少し,基板面積を大幅に削減できるモノリシック電源ICは,スイッチング素子や制御回路を1つのシリコン・チップに統合する技術で作られる
リードレス・パッケージとその内部構造
リードレス・パッケージは高周波特性や放熱性能に優れるが,温度サイクルに弱い.FR5など膨張係数差が小さいものを選び,フィレット形成ではんだ接合部を補強する
高湿度下の端子間ショートと銅マイグレーション
高湿度環境下では,沿面距離不足や銅マイグレーションによる故障リスクが高まる.安全性重視パッケージ設計や基板洗浄の徹底が重要
電源ICの最新パッケージと適材適所
端子間隔の広い安全性重視のパッケージを選べば,イオン・マイグレーションやウィスカの発生を抑制できる
電力回路の脈動電流は何層目に流す?
スイッチング電源ICの基板実装では,脈動電流とエディ電流の処理が重要.表層直下にグラウンド層を配置し,ノイズ干渉を最小化することで安定した動作が可能になる
電力部とアナログ部の干渉を回避する
スイッチング電源ICの基板では,物理的な分離やグラウンド・プレーン分割,最適な部品配置によって,アナログ回路と電力回路間の干渉を避けることが重要
電源IC各端子の干渉
電源ICのフィードバック端子など高感度部分は,レイアウト分離やグラウンド層設計が性能向上に寄与する
電源IC内部の高感度アナログ部に着目
電源IC内部の高感度アナログ部は,外来ノイズや内部干渉による影響を受けやすい.特に,高インピーダンス配線や分圧抵抗配置には細心の注意を払うべき
電源ICの内部回路は3ブロックに分けられる
電源回路設計では,内部回路とMOSFETやインダクタなど主要な外付け部品の役割理解し,パワー・ループ配線やノイズ耐性設計,熱管理など多岐にわたる要素を考慮することが重要
ピーク電流制御型DC-DC変換の動作
ピーク電流制御型DC-DCコンバータの負荷変動や入力変動に対する安定性向上にはスロープ補償や適切なインダクタ選定が重要
入力12V,出力5V/3A DC-DC電源IC LT8609A
最新のスイッチング電源ICの性能を引き出すには(1)電力スイッチング回路(2)出力電圧検出アナログ回路(3)制御ロジックの切り分けから
ロボティクス入門 制御器設計のフロー
ロボット制御に確実に成功するための第1歩は,(1)モデリング(2)仕様の定式化(3)制御則の設計という基本的な流れをマスタすること
今さら聞けない電子回路入門 コンピュータ自動制御の実験
センサで物理量を測ってマイコンに入力する.マイコンは目標値と測定値の差分に合わせてモータの回転量を調節し,システムの状態を目標値に近づける.この一連をフィードバック制御と呼ぶ
ボリューム連動!ステッピング・モータの角度制御プログラム
1-2相励磁のステッピング・モータは,隣接するインダクタを同時に励磁するため,安定した保持トルクが得られる.出力軸の1回転あたりに必要なパルス数が増え,より細かい角度制御も可能
今さら聞けない電子回路入門 液晶表示のディジタル温度計
AND演算を使うと,数行の簡素なプログラムで,特定のビットが1か0かを確認し,そのビットだけを操作できる.制約の多いマイコンでnビットの特定パターンを出力するときの定石
今さら聞けない電子回路入門 光センサとジョイスティック
最新のArduino UNO WiFi R4に搭載されているドットマトリクスLEDの輝点をジョイスティックで操縦.DigiKeyチャンネルでソースコード公開中
今さら聞けない電子回路入門 DCモータが回るメカニズム
DigiKeyチャンネル「高校生から始めるArduinoマイコンプログラミング実験室 第3回」公開.DCモータの回転メカニズム,駆動回路,回転速度と方向制御,マイコン・プログラミングを復習
最新Arduinoで実習!マイコン・プログラミング入門 その1
最新Arduino UNO R4 Wi-Fiは,LEDマトリクス,DAC,Wi-Fi/Bluetoothなど多彩な機能をもつ.動画ではPWMとD-A変換の2つの方法でアナログ信号を生成するプログラミングを紹介
GPS PLLシンセサイザ・キット pptgen誕生
[PR]z-pptgenは10の-10乗の高純度クロックを2チャネル生成するシンセサイザ.基準はGPSなので離れた2地点にある非同期のディジタル無線器を同期させることが可能
ルビジウム時計精度!GPS PLL シンセの実験
AD9545 PLLチップにGPSレシーバ NEO-7Mが出力する1pps信号を入力し,ジッタを除去した10MHzの周波数精度をルビジウム発振器と比べてみました
高校生から始めるArduinoマイコン プログラミング実験室
DigiKeyチャネルにて「高校生から始めるArduinoマイコンプログラミング実験室」という新しい動画連載 全8回スタート!ルネサス製最新Arduinoで学ぶ
周波数精度 10の-10乗!GPS×PLLシンセサイザ
10の-10乗という超高精度シンセサイザはルビジウム発振器のような基準源で達成されます.近年は,GPSモジュールとAD9545などのPLLを組み合わせることで実現可能です
ラズパイで入門!自作RISC-VのC/C++開発環境
ラズベリー・パイやUbuntuの利用を前提に,無料の命令セット・アーキテクチャ“RISC-V”のプログラミング開発環境のセットアップ方法を解説します
自作RISC-V パイプラインCPUの設計
RISC-Vプロセッサの重要な機能の1つが,効率的なメモリ・アクセス制御です.特に,ロード命令の処理には複数のステージが関わり,これにより命令のパイプラインが適切に動作します
スイッチング電源入門 ノイズと発振への対応
小型な高効率電源「DC-DCコンバータ」は,高周波でトランジスタをON/OFFスイッチングするため大きなノイズを発生させます.実験でその対策を見てみよう
信号源抵抗に着目!低雑音OPアンプ増幅回路の設計法
計測用の低雑音アンプの設計において,OPアンプの信号源抵抗やノイズ特性に注意を払う必要がある.特に,信号源抵抗の選定とその影響を理解することが重要だ
動画で見る小型&低雑音 LLCコンバータ用トランスの製作
高効率で低ノイズな電源回路”LLCコンバータ”の心臓部「トランス」は性能を左右する最重要パーツ.データ・センタやEVなど高効率が求められる分野で採用が期待される
製作と実験!チップ・キャパシタの構造と性質
電子回路の必需品 キャパシタの容量不足は回路の不安定動作に,耐圧越えは破損につながる.温度や応力による容量変動と劣化にも配慮することが重要だ
寄生容量の影響を最小化する高速ゲート・ドライバ設計
SiCやGaNで作られたMOSFETは,従来のSi MOSFETに比べて高効率かつ高速に動く.そのパフォーマンスを引き出す鍵は,寄生容量の影響を考慮した駆動回路設計だ
スイッチング電源の回路方式選び
電力変換技術の中で重要な役割を果たすスイッチング電源には,バック・コンバータ,バック・ブースト・コンバータさまざまな回路方式がある.その選び方の要点を解説

VOD教材[視聴無制限]

[VOD/KIT/data]実験キットで学ぶ 初歩の電子回路設計
1石のトランジスタからアナログ技術の基本を学びとる
[VOD/data]高効率電源&インバータ設計のための超高速トランジスタGaN/SiC活用術100
進化したデザイン・ツールを導入して次世代パワー半導体を使いこなす
[VOD/KIT/data]実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門
回路図の見方からOPアンプ入門,DC-DCコンバータの実用設計まで
[VOD]小型&高出力!高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点
実用レベルに達した次世代パワー半導体のパフォーマンスを引き出す
[VOD]高精度アナログ計測回路&基板設計ノウハウ
1桁上の精度を実現するA-D変換回路とアンプ/フィルタの設計技術を解説
[VOD]アナログ・デバイセズの電子回路教室【A-D/D-Aコンバータの使い方】
高精度・高速コンバータの性能を引き出す回路と基板の実用設計技術を学ぶ
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