電子回路

電子回路は、抵抗器、トランジスタ、コンデンサ、インダクタ、ダイオードなどの個々の電子部品で構成され、電流が流れることができる導線または配線で接続されています。これは電気回路の一種です。回路が電気回路ではなく電子回路と呼ばれるためには、一般的に少なくとも1つのアクティブ部品が存在する必要があります。部品と配線の組み合わせにより、さまざまな単純な操作や複雑な操作を実行できます。信号を増幅したり、計算を実行したり、データをある場所から別の場所に転送したりできます。^{[ 1 ]}

回路は個々のワイヤで接続された個別の部品で構成することもできますが、今日では、積層基板（プリント基板またはPCB）上にフォトリソグラフィ技術で相互接続を作成し、これらの相互接続に部品をはんだ付けして完成した回路を作成する方がはるかに一般的です。集積回路（IC）では、部品と相互接続は同じ基板上に形成され、通常はドープされたシリコンや（あまり一般的ではありませんが）ガリウムヒ素などの半導体です。^{[ 2 ]}

電子回路は通常、アナログ回路、デジタル回路、または混合信号回路（アナログ回路とデジタル回路の組み合わせ）に分類できます。電子回路で最も広く使用されている半導体デバイスはMOSFET（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）です。^{[ 3 ]}

アナログ電子回路とは、表現される情報に応じて電流または電圧が時間とともに連続的に変化する回路のことである。

アナログ回路の基本構成要素は、配線、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、トランジスタです。アナログ回路は、配線を線で表し、各構成要素に固有の記号を付けた回路図で表されることが非常に一般的です。アナログ回路解析では、キルヒホッフの法則を用います。すなわち、ノード（配線が交わる場所）におけるすべての電流と、配線の閉ループの周囲の電圧は0です。配線は通常、理想的なゼロ電圧相互接続として扱われます。抵抗やリアクタンスは、個別の抵抗器やインダクタなどの寄生要素を明示的に追加することで表現されます。トランジスタなどの能動部品は、多くの場合、制御された電流源または電圧源として扱われます。例えば、電界効果トランジスタは、ソースからドレインへの電流源としてモデル化でき、その電流はゲート・ソース間電圧によって制御されます。

回路サイズが関連する信号周波数の波長と同程度の場合、より高度なアプローチである分布定数モデルを使用する必要があります。ワイヤは、公称特性インピーダンスが一定の伝送線路として扱われ、始点と終点のインピーダンスによって、線路上の透過波と反射波が決まります。このアプローチに従って設計された回路は、分布定数回路と呼ばれます。このような考慮事項は、通常、1GHzを超える周波数の回路基板で重要になります。集積回路はより小型であり、10GHz以下の周波数では集中定数として扱うことができます。

デジタル電子回路では、電気信号は論理値と数値を表すために離散的な値をとります。^{[ 4 ]}これらの値は処理されている情報を表します。ほとんどの場合、バイナリ符号化が使用されます。1 つの電圧 (通常はより正の値) はバイナリ「1」を表し、もう 1 つの電圧 (通常は接地電位に近い値、0 V) はバイナリ「0」を表します。デジタル回路はトランジスタを多用し、相互接続して論理ゲートを作成し、AND、NAND、OR、NOR、XOR、およびそれらの組み合わせといったブール論理の機能を提供します。正のフィードバックを提供するように相互接続されたトランジスタは、ラッチやフリップフロップとして使用され、2 つ以上の準安定状態を持ち、外部入力によって変更されるまでこれらの状態のいずれかにとどまります。したがって、デジタル回路は論理とメモリを提供でき、任意の計算機能を実行できます。 （フリップフロップを用いたメモリはスタティックランダムアクセスメモリ（SRAM）として知られています。コンデンサに電荷を蓄積する方式のメモリであるダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）も広く使用されています。）

デジタル回路の設計プロセスは、アナログ回路の設計プロセスとは根本的に異なります。各論理ゲートがバイナリ信号を再生するため、設計者は歪み、ゲイン制御、オフセット電圧など、アナログ設計で直面する問題を考慮する必要がありません。その結果、数十億個の論理素子を単一のシリコンチップに集積した非常に複雑なデジタル回路を低コストで製造できます。このようなデジタル集積回路は、電卓、携帯電話、コンピュータなどの現代の電子機器に広く普及しています。デジタル回路が複雑化するにつれて、時間遅延、論理競合、消費電力、非理想的なスイッチング、チップ内およびチップ間の負荷、リーク電流といった問題が、回路密度、速度、性能の制約となります。

デジタル回路は、マイクロプロセッサなどの汎用コンピューティングチップや、特定用途向け集積回路（ASIC）として知られるカスタム設計の論理回路の製造に使用されます。製造後に構成を変更できる論理回路を備えたチップであるフィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）も、プロトタイプ作成や開発に広く使用されています。

混合信号回路またはハイブリッド回路は、アナログ回路とデジタル回路の両方の要素を含んでいます。例としては、コンパレータ、タイマー、位相同期ループ、アナログ-デジタル変換器、デジタル-アナログ変換器などがあります。現代の無線および通信回路のほとんどは、混合信号回路を使用しています。例えば、受信機では、アナログ回路を使用して信号を増幅および周波数変換し、デジタル値に変換するのに適した状態にします。その後、デジタル領域でさらに信号処理を行うことができます。

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