１．はじめに

携帯電話やテレビ、パソコン、自動販売機、洗濯機や DVD プレイ

ヤといった日常生活の中で使われている機器には、電子回路が組み

込まれています。電子回路に使用される部品を使って、電子回路の

設計製作をしていくためには、電子 CAD が良く使われます。ここで

は、電子回路を勉強されている方や、ちょっと回路を作ってみたい

方を対象とし、Protel DXP を使って電子回路の設計製作をおこなっ

ていきます。基本的な操作方法を中心として、簡単な電子回路の設

計・製作をおこなうまでを、演習を通した技術の習得をはかります。

職業能力開発総合大学校東京校

電子技術科

-1-

２．電子部品と電子 CAD 電子回路は、様々な部品で構成されています。基板、押しボタンスイッチ、

電池ボックス、カラー抵抗、コンデンサ、コイル、水晶発信子、LED、ダイオ

ード、トランジスタ、各種ＩＣといった部品が使われます。 これらの部品を使って、回路図や基板パターンを作成するのを手助けしてく

れるのが、電子 CAD です。現在、様々な電子 CAD が発売されていますし、使

われています。ここでは Protel DXP という CAD を使って回路図を作成し、基

板パターンを製作します。

図 2-1．基板

図 2-2．押しボタンスイッチ

図 2-3．電池ボックス まず、はじめに電子回路の部品には、電気的な特徴（プラスやマイナス）や

機械的な大きさがあります。回路図を描いている時には気づきませんが、部品

の大きさや種類がたくさんあって、いざ基板を造ろうとすると、部品が付けら

れないとか半田付けできないとかの問題が生じます。部品の大きさや向き、半

田付けする側や部品を取り付ける側といった点には注意しながら設計していく

必要があります。

-2-

右：抵抗器部品例

下左：コンデンサ部品例

下右：コイル部品例

図 2-4．各種受動部品

図 2-5．ダイオード（左）と発光ダイオード（右）

図 2-6．トランジスタ、アナログＩＣ、デジタルＩＣ

-3-

３－１．電子ＣＡＤ（Protel DXP）を使った基板作成 １． スタートボタンを押して、Protel DXP を選択して、ダブルクリックを

して起動します。（図 3-1）

図 3-1．Protel DXP の起動

２． 起動されると図 3-2 のような画面が表示されます。

図 3-2．Protel DXP の初期画面

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３． File→New→PCB Project を選択して起動します。（図 3-3）

図 3-3．PCB Project を新規作成した状態

４． 回路図を作成するために、PCB Project1.PrjPCB にマウスのカーソルを

合わせて、右クリックします。（図 3-4）現れた、メニュー画面から

Schematic を選択します。

図 3-4．メニュー画面から Schematic を選択

５． Schematic を選択しますと、回路図作成するための画面になります。

（図 3-5）

図 3-5．回路図作成画面

-5-

６． 回路図を作成する用紙の大きさを A４に設定します。Design メニューか

ら Documents Option を選択します。（図 3-6）

図 3-6．用紙の大きさの選択

７． 表示されたメニュー画面の右上にあります Standard styles から A4 を選

択して右下の OK ボタンを押します。（図 3-7）

図 3-7．Document Options 画面

８． A４サイズを選択した結果は図 3-8 のようになります。

図 3-8．回路図作成画面のサイズ変更

-6-

９． 回路図作成画面上に課題回路を作成します。（図 3-9）

図 3-9．課題回路図１

１０．右下のメニューから Libraries を選択します。選択しますと、画面右側

に部品等を選択する画面が現れます。（図 3-10）

図 3-10．Libraries の表示

１１．Libraries の画面上から、Miscellaneous Connectors.IntLib を選択しま

す。ここには、コネクタやソケットの類が部品として登録されています。

（図 3-11）

図 3-11．Miscellaneous Connectors.IntLib の選択

-7-

１２．コネクタの中から Socket を選択し、place current Component もしく

はダブルクリックして、回路図上に配置します。（図 3-12）

図 3-12．Socket の選択と貼り付け

１３．Libraries の画面上から、Miscellaneous Devices.IntLib を選択します。

ここには、抵抗器やトランジスタの類が部品として登録されています。 （図 3-13）

図 3-13．Miscellaneous Devices.IntLib の選択

１４．抵抗器の中から、Res1 を選択して、place current Component もしくは

ダブルクリックして、部品を回路図上に配置します。（図 3-14）

図 3-14．抵抗器の選択と貼り付け

-8-

１５．Socket の端子から、抵抗器の端子までをワイヤを使って配線します。 （図 3-15）

図 3-15．配線 ツールバーからワイヤを選択して、

端子から端子へマウスをドラッグさせ

ることで配線をおこないます。 端子にマウスのカーソルを合わせる

と赤い×マークが表示されます。ワイ

ヤの配線は、赤い×マークから×マー

クへの配線としておこないます。

１６．部品の角度変更は、部品を配置する際に、スペースキーを押して部品の

向きを決めてから左クリックします。（図 3-16）

図 3-16．部品の回転

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１６．配置した部品をワイヤで接続し、回路を完成させます。（図 3-17）

図 3-17．CAD で作成した課題回路

１７．基板の作成をおこなうために、Files から PCB Board Wizard を作成し

ます。(図 3-18)

図 3-18．PCB Board Wizard の起動

１８．PCB の設定は、図 3-19 のようにしておこないます。

PCB Board Wizard スタ

ート画面

-10-

PCB Board Wizard 使用する単位をメート

ル法に設定します。

PCB Board Wizard 基板の大きさを設定し

ます。（ここでは Customとします）

PCB Board Wizard 基板のサイズを設定しま

す。（ここでは、100mm×

100mm とします）

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PCB Board Wizard Via のスタイルを決めます。 （ここでは、Thruhole Via Only とします）

PCB Board Wizard Track and Via sizes の

設定をします。ここでは、

以下の設定に合わせます。 Track size 0.8mm Via Width 1.8mm Via Hole size 0.8mm Clearance 0.4mm

PCB Board Wizard Board Wizard 終了画面

図 3-19．PCB Board Wizard 設定画面

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１９．作成された基盤が、Project 上に現れ、表示されます。作成した基板を保

存します。（図 3-20）

図 3-20．PCB Board 作成画面と保存

２０．回路図に戻り（図 3-21①）、メニュー画面上から Design→Update PCB PCB1.PcbDoc を選択します。これによって、回路図上のデータが基板へ

転送されます。（図 3-21②）

図 3-21①．回路図作成画面に戻る

図 3-21②．PCB 基板へ回路図データを転送する

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データが基板上へ伝送します。 ① 変更内容の確認”Validate Changes”のボタンを押します。（図 3-22①） ② 変更内容の実行”Execute Changes”のボタンを押します。これによっ

て、基板上へデータを伝送します。（図 3-22②） ③ Check および Done を確認します。（図 3-22③） ④ Close ボタンを押して画面を閉じます。（図 3-22④）

２２

① ③

②

図 3-22．基板へ

．伝送された部品データを基板上に

-14

④

のデータ伝送 配線を引き易いように並べます。

（図 3-23）

図 3-23． ・ 部品の角度は、スペースキーで

変更することができます。 ・ 部品をきれいに並べるためにガ

イドやツールを利用します。

-

２３. 基板上で部品の規格（端子間の距離など）が異なる場合、端子間距離を

合わせる変更をおこないます。（図 3-25）

①

・ 変更する部品に合わせて、ダブ

ルクリックするか右クリックし

ます。現れたメニュー画面から、

Properties を選択します。（①） ・ Footprint を Libraries の中から

選択して、変更する場合、Nameの右にあるボタンを押して、

Libraries 選択画面を表示し、変

更します。ここでは、AXIAL-0.3を AXIAL-0.5 に変更します。

（②） ・ 変更が完了しましたら、OK のボ

タンを押して、変更を基板上に

反映させます。（③） ・ 基板上の Footprint が変更され

ているかどうかの確認をおこな

います。（④） ②

③

④

図 3-25．部品の Footprint の変更

-15-

２４. 基板の配線をメニューから Interactively Route Connections を選択し

ます。端子から端子へパターンを作成します。（図 3-26）

①

②

③

・ メニュー画面上の Place から

Interactively Route Connections を選択します。または、Interactively Route Connections のアイコンをク

リックします。（①） ・ マウスのカーソルを端子に合わせる

とマークが表示されます。端子から

端子へマウスをドラッグしながら配

線をしていきます。（②,③）

図 3-26．完成したパターン

２５．ファイルを Save Project As および Save As を用いて、Project ファイル、

schematic ファイル、PCB1.PcbDoc ファイルの名前を変えて保存します。ファ

イル名を変えない場合は、save を使っても構いません。（図 3-27）

図 3-27．名前を変えてファイルを保存

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３－２．トランジスタを利用した回路の製作 トランジスタを用いた回路の基板を製作します。（図 3-28）

図 3-28．課題回路図２

１． ダイオードの Footprint を DSO-C2/X3.3 から Libraries の中から

AXIAL-0.5 を選択し、変更します。（図 3-29）

部品の Properties を呼び出して、

Footprint を Libraries の中から

AXIAL-0.5 を選択して、変更しま

す。画面上で、Footprint が変更さ

れているかどうかを確認します。

図 3-29．Footprint の変更

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２． トランジスタのエミッタ（E）、コレクタ（C）、ベース（B）の Pin を使

用するトランジスタに合わせて変更するため、トランジスタにマウスの

カーソルを合わせて右クリックして properties を選択するかダブルクリ

ックします。メニュー画面から、Edit Pin を押して設定画面を呼び出し

ます。（図 3-30①）課題回路では、エミッタが１番ピン、コレクタが 2番ピン、ベースが 3 番ピンに設定します。（図 3-30②）

図 3-30①．プロパティの選択と表示されるメニュー画面

図 3-30②．変更前のピン配置（左）と変更後のピン配置（右）

３． 基板データを作成し、作成した回路図のデータを転送します。転送され

たデータを基に基板を作成します。（図 3-31）

・伝送された部品①を、綺麗にと基

板上に並べていきます②。部品の端

子間を回路図からのデータに従って

配線していきます③。

図 3-31．課題回路２の基板作成

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４． 基板データの作成が終了しましたら、作成されたデータの基板パターン

の部分だけを印刷します。 ・ メニュー画面の File から page setup を選択します。（図 3-32①）

・ ペ

を

・ Aま

び

F

①図 3-32①

ージの設定画面上で、

1.00 とします。Collodvanced を選択します

す。Top Layer を HideMechanical1、keep-o

ull とします。（図 3-32

③

（左）、図 3-32②（右）

②

scaling を scalded print を選択し、設定値

r set を mono に設定します。（図 3-32②） 。メニュー画面上の Hole にチェックを入れ

、Bottom Layer を Full、Top overlay およ

ut layer を Hide とします。Multi-layer を③）

図 3-32③． 多層基板を作成するために、透明なシー

ト（レイヤ）を重ねていきます。課題回路

２では、1 面だけをパターンとして使用し

ますので、Bottom Layer と Multi－Layer

を一緒にプリントします。

-19-

・ 設定が終了しましたら、File から print preview を選択して、パタ

ーンだけに表示がなっているかどうかを確認します。（図 3-32④）

設定前 図 3-32④．Print preview による確認

設定後

後は、print ボタンを押して印刷を実行します。

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３－２．IC を利用した回路の製作 IC を用いた課題回路３を製作します。（図 3-33）

図 3-33．課題回路３ １． MM74HCU04N を使用するためには、Libraries の追加が必要となり

ます。（図 3-34）

①

・ Libraries の 画 面 上 か ら 、

Libraries のボタンを押して、

Libraries のインストール画面

を表示します。（図 3-34①） ・ 表示画面から、Libraries フォル

ダ 内 に あ る 、 National Semiconductor を選択します。

（図 3-34②） ・ National Semiconductor のフ

ォルダ内にある NSC Logic Gate.InitLib を開くことで、

Libraries をインストールしま

す。 （図 3-34③）

・ Libraries の登録終了後、Colseボタンを押して、メニュー画面

を閉じます。（図 3-34④） ②

-21-

③ ④

図 3-34．Libraries の追加 ２． 追加された Libraries の中から、MM74HCU04 を選択します。選択し

ますと、中に 6 つの NOT ゲートが入っていますその中のひとつを選

んで貼り付けます。（図 3-35）

図 3-35．部品の選択と貼り付け

３． IC を駆動するためには、電源端子を接続している必要がありますが、

回路図上に電源端子が表示されていない場合があります。しかし、電

源端子に電源を配線しなければ IC を駆動することはできません。ここ

では、電源用の端子を表示させることで、IC の電源端子を配線してい

きます。（図 3-36）

-22-

・ 部品にマウスのカーソルを

４

５

①

③

． 回路図を作

付けます。

できます。

． IC の端子

ネットラベ

端子（GNます。ネッ

合わせて右クリックし、プロ

パティを選択します。①，②

・ プロパティ画面の Show All

Pin On Sheet をチェックしま

す。③

・ OK ボタンを押すと結果が表

示されます。④

②

図 3-36．電源端子の

成しましたら、それぞれの

ネットラベルを付けること

（図 3-37）

・メニュー

Label Plaの角を配線

り付けます

図 3-37．ネットラ

には、数値以外のピン名称が

ルが付けられます。ここでは

D）、出力端子（OUT）の３

トラベルを設定しましたら

-23-

④

表示 配線に名前（ネットラベル）を

によって、誤配線を防ぐことが

画面上から Net ce を選択し、左下

上に合わせて貼

。

ベル 設定されているので、自動的に

、電源端子（VCC）、グランド

つをネットラベルとして設定し

回路は完成です。（図 3-38）

図 3-38．完成した回路図

６． 回路図が完成したら、回路図データのプログラム編集および、回路の

接続ミス等のチェックを含めた確認をします。これをコンパイルとい

います。プロジェクトのメニューから、回路図を選択してマウスを右

クリックします。現れたメニュー画面から、Compile PCB Project を選択し実行します。（図 3-39）IC の内部回路で使用していないゲート

がある等、警告が発生する場合がありますが、基板そのものの作成は

可能です。（ゲートの入力ピンを未使用とした場合は、IC の耐久性が

下がる等の問題は生じます）

図 3-39．コンパイルとメッセージ

７． 回路図が作成完了しましたら、基板を作成して、回路図のデータを基

板へ伝送します。（図 3-40）

図 3-40．基板上へ伝送されたデータ

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８． 部品を基板上に配置し、パターンの製作をおこないます。まず、自動

配線を試して見ます。基板上での部品の位置を決め、メニューの Auto Route から All を選んで実行します。（図 3-41①）実行画面上から、

Route All を選んで実行します。（図 3-41②）

①

９． 基

田付

分か

けを

部品

り早

手動

よう

線や

よる

pro

②

図 3-41．自動配線と配線結果 板上の部品は、部品を取り付ける側（赤い線：Top Layer）と、半

けをする側（青い線：Bottom Layer）に分かれる場合があります。

れている場合は、部品の端子へのパターンによる配線は、半田付

する側でなければなりません。単純に自動配線をしてしまうと、

を取り付ける側に配線されることがあり、手動で配線した方がよ

く確実に配線できることがあります。少なくとも、ある程度は、

で配線してから、自動配線を使うことで、早く回路製作ができる

になります。また、流れる電流量やノイズ対策のため、GND の配

電源の配線を太くする等の対処をすることがあります。パタンに

配線の幅は、配線上で右クリックし、メニュー画面上から、

perties を選択すると変更することができます。（図 3-42）

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・ 太さを変更したい配線にマウスのカーソルを合わせて右クリッ

クします。 ・ メニュー画面からプロパティを選択します。 ・ Track の Width（幅）をデフォルトの 0.6mm から 1.0mm に変

更して OK のボタンを押します。

図 3-42．配線幅の変え方 １０．ある程度手動で配線をおこなってから、自動配線を使ってみます。行

う前（図 3-43①）とおこなった後（図 3-43②）を確認してみます。（自

分で作成した配線箇所を消さないように、Lock All Pre-Routes にチェ

ックを入れておきます。（図 3-43③）

① ③

②

１１．全部手動で配線した場合、人に

り上手くいく人もいれば、上手

ターンによっては、自動配線で

手動配線にも慣れておく必要が

-2

図 3-43．自動配線 よって配線結果が異なります。自動よ

くいかない人もいます。ただ、配線パ

は上手くいかない場合もありますから、

あります。（図 3-44）

6-

図 3-44．手動による配線結果

自動で配線するのは、一見楽な行為ですが、実際の配線パターンが自分の

思ったとおりに配線してくれないという欠点があります。慣れてくれば、手

動で配線するほうが自動で配線するよりも早く正確に配線できるようになり

ます。実際に回路を設計・製作をおこなうにあたっては、できる限り手動配

線に慣れておく必要があります。 ３－３．Libraries に無い素子の登録 Libraries に入っていない IC を使う場合には、回路図と部品図を作成する必

要があります。新しい部品の登録は、新規 Schematic Libraries の作成として

おこないます。 １． メニューの File から New→Schematic Libraries を選択します。

（図 3-45）

図 3-45．新規 Schematic Libraries の作成

-27-

２． メニュー画面から、Place Pin を選んで、中央に配置します。（図 3-46）

図 3-46．端子ピンの配置 ３． 端子ピンの位置を基準として、IC の端子ピンを配置終了後、Place

Rectangle をメニュー画面から選択し、部品を利用する際の形状を決定

します。（図 3-47）

図 3-47．部品形状の決定

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４． 端子ピンにマウスのカーソルを合わせて、ダブルクリックすると、単

位ピンのメニュー画面が現れます。端子ピンに名前を付けていきます。

ピン番号とピンの名称を表１に示します。（図 3-48）

ピン番号

1

XT345678910111213141516

2

名称XT

Q14

Q4Q12Q1３＊

VDD2VDD1

表１.ピンの名称

Q15Q16Q17Clear

VSS2VSS1FC

図 3-48．端子ピンの名称変更

５． 端子ピンが終了しましたら、基板を作成する際に必要となる、基板上

のデータ（Footprint）を既存のデータから割り当てます。ここでは、

DIP-16 を割り当てます。（図 3-49）

①

・ メニュー画面の tool から

Component properties を

選択します。① ・ Component properties の

Models for conpornent_1から、Add ボタンを押し

て、Footprint を選択しま

す。②

②

-29-

③

④

・ PCBrDu登録

ます

・ Foボタ

図 3-49．Footprint６． 完成した部品は、新しいフォルダを作成

CAD_Lib というフォルダを作成し、そ

します。（図 3-50）

図 3-50．作成した Librar

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B Model 画 面 上 に あ る

owse のボタンを押して、

al-In-Line Package.PcbLibに

されている DIP-16 を選択し

。③ otprint の登録を確認し、OK

ンを押します。④

の作成 して、保存します。ここでは、

こへ new_ic という名称で保存

ies の保存

７． 作成した Libraries を使うためには、PCB Project の Libraries にイン

ストールします。（図 3-51）

① Lib lボタ

② 作成

呼び

③ イン

と、

れま

④ 部品

タン①

④

②

③ 図 3-51．作成した部品の登録

-31-

raries を開いて、Instalンを押す。 したnew_icのファイルを

出す。 ストールが完了します

Libraries 画面に部品が現

す。 が現れましたら、Close ボ

を押して、登録完了です。

８． 端子の名称変更は、部品にマウスのカーソルを合わせて、ダブルクリ

ックします。（図 3-52①）現れた、メニュー画面から、Edit Pin を選択

します。（図 3-52②）端子の Name を変更します。（図 3-52③） 変更した結果が、図面上に反映されます。（図 3-52④）

①

③

②

④

図 3-52．端子名の変更

-32-

４．シミュレーション（回路動作の確認） 電子 CAD の機能として、シミュレーション機能があります。回路が、きち

んと動作しているか、回路上にどのような信号が流れているかを確認するこ

とができます。しかし、実際に基板を作成した場合、同じ結果にならない場

合があることは、注意しておく必要があります。 ４－１．シミュレーション回路 低周波信号は流れにくく、高周波信号が流れやすい、ローパスフィルタ

（LPF）回路を作成し、回路上の入出力信号をシミュレーションで確認しま

す。（図 4-1）

図 4-1．ローパスフィルタ例

メニュー画面上の VIEW から Toolbars→Power Objects を選択します。 （図 4-2）

図 4-2．Power Objects のメニュー画面

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回路上で、基準電位を設定します。ここでは、基準電位を接地アースとし

ます。（図 4-3）

図 4-3．基準電位の設定

シミュレーションによる確認をおこなうために、シミュレーション用の信

号発生器を設置します。メニュー画面上の VIEW から、Toolbars→simulation sources を選択します。（図 4-4①）simulation sources のメニュー画面から、

１kHz のサイン波を選択して貼り付けます。（図 4_4②）貼り付けた信号発生

器の配線をおこないます。

②

① 図 4_4．入力信

-34-

号の設定

基準電位となる GND、入力信号を input、出力信号を output として、ネ

ットラベルの設定をおこないます。（図 4-5）

図 4-5．ネットラベルの設定

設定が完了しましたら、メニュー画面上の Design から、simulate→mixed sim を選択します。（図 4-6①）選択しますと、シミュレーションの設定画面

が表示されます。（図 4-6②）

① 図 4-6．シミュレーション用設定画面

② 設定画面から、シミュレーション結果を表示するネットラベルを選択しま

す。ここでは、input と output を選択します。（図 4-7）

・ シミュレーション結果を出

力する対象を選択します。こ

こでは、Available Signalsから InputとOutputの電圧

信 号 を 選 択 し 、 Active Signals に移します。

図 4-7．シミュレーション結果を表示するネットラベルの選択

-35-

OK ボタンを押すと、シミュレーション結果が表示されます。（図 4-8）

図 4-8．シミュレーション結果

周波数による違いを見るために、発信器にマウスのカーソルを合わせ、右

クリックし、メニュー画面を呼び出します。（図 4-9①）メニュー画面上から、

properties を選択します。

② ・ properties の画面から、Simulation

①

を選択し、Edit ボタンを押します。 （図 4-9②）

-36-

・ メ ニ ュ ー 画 面 か ら

Parameters を選択しま

す。 （図 4-9③）

・ Parameters 画面から

Frequency にチェック

を入れて、OK ボタンを

押します。（図 4-9④） ・ Properties のメニュー

画面上に Frequency が

表れますので、周波数の

変更をここでおこない

ます。（図 4-9⑤）

③

④

⑤

図 4-9．周波数の変更

-37-

周波数の変更をおこない、100Hz および 10kHz でのシミュレーション結果を

表示させると、図 4-10 のようになります。（図 4-10）

１０Hz の場合 １０ｋHz の場合

図 4-10．周波数を変更した場合のシミュレーション結果

-38-