名前の通りですが，アナログ電子回路はアナログ (連続的)な電気信号を扱う電子回路，デジタル電子回路は電気信号をデジタル (離散的)として扱う電子回路です．本記事ではアナログ電子回路とデジタル回路とは何かと，それぞれの違いについて解説していきます．
目次
アナログ電子回路とデジタル電子回路の違い
アナログ電子回路とデジタル電子回路は上図のように，電気信号をアナログ (連続的)かデジタル (離散的)として扱うかの違いがあります．
電気信号に限らず，自然界に存在するものはアナログであることがほとんどです．アナログ電子回路はアナログである電気信号を，そのままアナログとして扱います．デジタル電子回路では電気信号で1 (H)の状態と0 (L)の状態を作ることで，電気信号をデジタルとして扱います．しかし電気信号自体はアナログであるため，高速に動作させるときれいな1と0の状態を作ることが難しくなってきます．このときにアナログ回路の知識が必要になります．なのでデジタル電子回路はアナログ電子回路の一部とも言えます．
アナログ電子回路
アナログ電子回路の利点
連続的な信号処理が可能
- アナログ回路は、連続的に変化する電圧や電流をそのまま処理できるため、滑らかな波形を維持できます。
- 例えば、音楽や映像の信号処理において、自然な変化を再現できます。
リアルタイム処理に適している
- 信号の変換なしに直接処理できるため、データの遅延がほとんどありません。
- 例えば、オーディオアンプはリアルタイムで音声を増幅し、スピーカーに出力できます。
設計が単純な場合がある
- 特定の機能に特化した回路では、部品が少なく、設計が比較的容易です。
- 例えば、単純な電圧増幅回路はトランジスタやオペアンプを使うだけで構成できます。
電力効率が良い場合がある
- 一部のアナログ回路（特にアナログ電源回路など）は、デジタル回路に比べて効率的に動作する場合があります。
アナログ電子回路の欠点
ノイズの影響を受けやすい
- 信号が微妙な変化を持つため、外部ノイズが混入すると、そのまま信号に影響を及ぼします。
- 例えば、アナログオーディオ機器では、ノイズが音声信号に重なってしまうことがあります。
部品の個体差によるばらつきが発生する
- 抵抗、コンデンサ、トランジスタなどの電子部品は、製造誤差により特性が微妙に異なります。
- そのため、回路ごとに特性が少し異なる場合があり、精密な制御が難しくなることがあります。
高精度な処理が難しい
- アナログ回路は、信号の増幅や変換を行う際に誤差が生じやすいため、厳密な計算や制御には向いていません。
- 例えば、測定器などで高い精度が求められる場合、デジタル回路のほうが適しています。
回路の設計が複雑になる場合がある
- 高精度なアナログ回路を設計する場合、多くの補正回路や調整が必要になることがあります。
- 例えば、高精度のオーディオアンプは、歪みを抑えるために複雑なフィードバック回路を設計しなければなりません。
アナログ電子回路の応用先
アナログ電子回路は下記に示すような回路で利用されています．
アナログ電子回路の例
- センサ (マイクロフォン，イメージセンサなど)
- A/D変換器
- 増幅回路
- 発振回路
- 変調回路
- 電源回路
デジタル電子回路
デジタル電子回路の利点
ノイズに強い
- 0と1の二進数で動作するため、多少のノイズがあっても誤動作しにくい。
- 例えば、デジタルオーディオは、アナログオーディオと比べてノイズが入りにくい。
高精度な計算・処理が可能
- デジタル回路は、数値データとして信号を処理できるため、正確な計算や制御が可能。
- 例えば、デジタルフィルターは、アナログフィルターに比べて正確な周波数特性を実現できる。
機能を変更しやすい（プログラムによる制御が可能）
- マイクロプロセッサやFPGAを使用すれば、同じハードウェアで異なる機能を実装できる。
- 例えば、スマートフォンのソフトウェアアップデートで新しい機能を追加できるのは、デジタル回路の柔軟性のおかげ。
大量生産が容易でコスト削減が可能
- デジタルICは、大量生産がしやすく、一度設計すれば安定した品質で供給できる。
- 例えば、コンピュータのCPUは、同じ設計のものを大量に生産できる。
デジタル電子回路の欠点
アナログ信号の処理には変換が必要
- 現実世界の信号（音声、温度、光など）はアナログ信号であるため、デジタル回路で処理するには**A/D変換（アナログ→デジタル変換）**が必要。
- 変換の過程で情報が失われる場合があり、高精度な変換には高価な部品が必要になる。
高速動作時に電磁ノイズが発生しやすい
- デジタル回路は、スイッチングによって急激な電流変化が発生しやすく、電磁ノイズの原因となる。
- 例えば、高速なCPUや無線通信機器では、適切なシールドやフィルタリングが必要。
回路が複雑になりやすい
- デジタル回路は、多くのICやメモリを使用するため、システム全体が複雑になりがち。
- 例えば、単純なアナログ増幅回路と比べ、デジタル信号処理を行う回路ははるかに多くの部品を必要とする。
デジタル電子回路の応用先
デジタル電子回路は下記に示すような回路で利用されています．
デジタル電子回路の例
- フリップフロップ
- カウンタ
- シフトレジスタ
- 位相同期回路
- 加算器，乗算器
- CPU (central processing unit)
- メモリ
まとめ
- アナログ電子回路：アナログ (連続的)な電気信号を扱う電子回路
- デジタル電子回路：電気信号をデジタル (離散的)に扱う電子回路