ウェブ教科書
ずんだもんと学ぶアナログ回路
回路理論は学んだけれど、トランジスタ回路は初めての学部生へ。動画の台本と画面から作った読みもの版です。
- ずんだもん(質問)
各回の目次
- 第1回
- 第2回
チャネル長変調・出力抵抗と基板バイアス効果
実験レポートの特性グラフが、飽和領域なのに少し右上がり……その正体を探ります。
- 第3回
gmとソース接地増幅回路
MOSFETで信号を増幅するカギは、相互コンダクタンス gm と小信号モデル。
- 第4回
カレントミラーと能動負荷
設計課題で、RDを大きくしたら増幅しなくなった……その理由と解決策を見ていきます。
- 第5回
ソースフォロワとゲート接地:3つの基本増幅回路
増幅回路に負荷をつないだら利得が激減……その対策として、ソースフォロワとゲート接地を見ていきます。
- 第6回
カスコード:出力抵抗を大きくする
電源電圧はそのままで、もっと利得を上げたい……そこで登場するのがカスコードです。
- 第7回
差動対
マイクのノイズが消えない……2つの入力の「差」だけを増幅する差動対で解決できるのか見ていきます。
- 第8回
オペアンプ入門:2つのルールで増幅回路と積分回路を解く
オペアンプは「差を大きく増幅する部品」。2つのルールでフォロワ・反転・非反転・積分回路を解き、CMOSで組んだ中身の限界が増幅にどう効くかを見ます。
- 第9回
雑音の基礎:小さな信号は何に埋もれる?
小さなセンサ信号が雑音に埋もれる……熱雑音、RMS、帯域、入力換算雑音を通して、信号と雑音の関係を学びます。
- 第10回
周波数特性①:MOSFETの容量とミラー効果
周波数を上げると利得が下がるのはなぜ? MOSFETの容量、小信号モデル、ミラー効果から帯域の決まり方を見ていきます。
- 第11回
周波数特性②:極・零点と多段回路
回路図を見るだけで、ボード線図が描ける? ノードごとの抵抗と容量から極と零点を読み、2段のオペアンプが帰還で発振する理由と、補償容量で直せることまでを見ていきます。
- 第12回
設計:SKY130で2段CMOSオペアンプを作る
公開PDKのSKY130と回路シミュレータngspiceで、2段CMOSオペアンプを設計します。長さL・電流・ミラー比・W/Lを順に決め、補償容量Ccで位相余裕を確保するまでを一緒にたどります。
- 導入:自分でオペアンプを設計したい
- 全体像:2段構成・パラメータ地図・設計の順序
- 仕様:何をどれだけ満たすか
- 道具:SKY130 PDKとngspice
- デバイス:説明用モデルと実プロセスの違い
- ステップ1:利得から長さLを決める
- ステップ2:電流の予算を割り振る
- ステップ3:ミラー比を決める・Lで比を作る罠
- ステップ4:二乗則でW/Lを決める
- ステップ5:検証と調整・設計変更の履歴
- ステップ6:Ccなしの応答を確かめる
- ステップ7:Ccで極を分離しUGFを合わせる
- ステップ8:gm6を上げて位相余裕を確保(R4)
- 最終結果:ボード線図・動作点・時間応答・入出力範囲
- 手計算とngspiceのずれを読む
- 仕様を変えるときの調整と未評価の項目
- まとめ:設計の流れとチェックリスト
- 予告:第13回は帰還の基礎・第14回は補償設計
余談
本編の合間に読める、半導体まわりの話題です。本編を読み終えていなくても読めます。
- 余談 #1
FinFETからGAAへ:2 nmの中で何が変わった?
「ずんだもんと学ぶアナログ回路」余談 #1。
- 余談:トランジスタはなぜ立体になった?
- プレーナー型と短チャネル効果・DIBL
- FinFET:上と左右の3面から制御(Intelが最初に量産)
- GAA:ナノシートの全周を囲む
- 各社のGAA導入の歩み(Samsung・TSMC・Intel)
- 全体像:プロセスロードマップ(年と世代名)
- 2 nmはどこの長さ? 2026年10月の最先端
- ラピダス:試作と量産目標の違い
- iPhone・Macのチップの歩み(年表)
- CFET:NMOSとPMOSを上下に積む
- 裏面給電:信号と電源の配線を分ける
- アナログ回路に適したプロセスとは?
- アナログと先端デジタル:チップレットで使い分ける
- 2.5Dと3D、ハイブリッドボンディング
- まとめ:構造と配線の進化を分けて読む
- 余談 #2