トランジスタで８０８０をつくってしまおうというまさにびっくり仰天、狂気のプロジェクトです！
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
見事にできましたら、もちろんＴＫ−８０モニタを乗せて、それからＢＡＳＩＣ、ＣＰ／Ｍを走らせましょう！
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
［第２３９回］
●シュミットトリガ回路（２）
前回は７４ＨＣ０４を使ったシュミットトリガ回路について説明をしました。
今回はそのトランジスタ版です。
現在準備中の新トランジスタロジック組立キットで７４ＨＣ０４相当の回路はＴＲ０４（［第２３７回］）です。
下の回路図は前回の７４ＨＣ０４を使ったシュミットトリガ回路をＴＲ０４に置き換えたものです。
７４ＨＣ０４をトランジスタロジック（ＴＲ０４）に置き換えても前回の説明のようにシュミットトリガとして働いてくれるかどうかということを実際の回路で確認してみるのが今回の目的です。
ＴＲ０４はまだありません。
今は発注したプリント基板の到着を待っている状況です。
しかしトランジスタ版シュミットトリガ回路の実験はＴＲ０４がなくてもトランジスタのインバータ回路が２つあればできます。
今までに作った試作基板でちょうどインバータ２段の回路をみつけましたのでそれを利用することにしました。
写真で見て左側の一列に並んだトランジスタ４個の回路が上の回路図と同じシュミットトリガ回路です。
右側に同じように一列に並んだ４個のトランジスタ回路はフィードバック抵抗なしの普通のインバータ２段の回路です（上の回路図のＲ１とＲ２がない回路です）。
右側の回路はシュミットトリガ回路ではない普通のインバータ２段の場合に出力波形がどうなるかを確認するために使います。
左側の回路部分を接近して撮影しました。
既存の回路をそのまま利用したのでご覧の通り「間に合わせ」です。
フィードバック抵抗は最初は回路図と同じ１００ＫΩでテストしたのですがオシロの観測波形がいまひとつわかりにくいものだったので効果をはっきり確認するために１００ＫΩに５１ＫΩを並列にしてつなぎました。
この場合フィードバック抵抗の値は１００ＫΩと５１ＫΩを並列に合成したものになります。
これも中学校の理科で習いました。
１／Ｒ＝１／１００Ｋ＋１／５１Ｋ≒３／１００Ｋ
ですからＲ≒３３ＫΩになります。
これがフィードバック抵抗Ｒ２の値です。
入力抵抗Ｒ１は回路図の通り１０ＫΩですからＲ１とＲ２の比は１：３．３ですが計算が面倒なのでざっくり概算すれば
Ｒ１：Ｒ２≒１：３
になります。
前回の計算結果をこの比に当てはめて計算すると、
入力信号がＨからＬになるときのしきい値は２．５−２．５／３≒１．７Ｖになります。
逆にＬからＨになるときのしきい値は２．５＋２．５／３≒３．３Ｖになります。
本当に計算の通りの結果が得られるかどうかを実験して確認してみます。
そのことを実験して確かめてみるためには本当は入力波形として正弦波発生回路があるとよいのですが、そんなものは普段デジタル回路では必要のないものなので持ち合わせていません。
この際作ってしまおうかと思ったのですけれど、簡単なようでいてなかなかむつかしいのですよねえ。
オペアンプを使うとわりと簡単に作れるのだそうですが、仮に作ったとしても普通のオペアンプでは出力電圧が＋５Ｖから０Ｖまでフルスイングしてくれません。
そうするためには正負電源型のオペアンプを使って±１２Ｖあたりを供給して動作する回路を作らなければならないことになります。
＋５Ｖ電源で出力が電源いっぱいフルスイングしてくれるレールツウレール型のオペアンプなんてものもありますけれど、そんなものをわざわざ入手してまで作るかということです。
さてどうしましょう。
そんなことで半日もあれこれ考えて空費してしまいました。
おお。
なんてことだ。
やっと気が付きました。
なまじ教科書通りに正弦波なんてものにこだわったためにつまらぬことに悩んでしまいました。
シュミットトリガ回路のテスト用入力信号なら超簡単にできてしまうじゃありませんか。
普通の方形波信号に下図の回路をくっつければよいだけでした。
ということでやっと実験開始です。
方形波の発振回路としては以前に作りました「クロック発生回路キット」（［第６５回］）の出力を利用しました。
下は実験中の写真です。
左下がクロック発生回路です。
出力として９７７Ｈｚを使いました（約１ＫＨｚです）。
上側のジャノメ基板に１ＫΩと０．１μＦでＲＣ回路を組みました。
適当な基板の空いているスペースを利用しています。
比較のために、最初にまずシュミットトリガ回路ではない普通のインバータ２段の回路で実験しました。
上の写真の右側に見える試作基板の右側部分の回路です。
下はその入力と出力の波形です。
上側（ＣＨ１）がＲＣ回路を通したあとの波形（トランジスタロジック回路の入力波形）です。
下側（ＣＨ２）はトランジスタロジック（インバータ２段）の出力波形です。
Ｌ→Ｈの部分はスレッショルド付近で出力がめちゃめちゃ乱れています。
このときのノイズで入力信号も乱れています。
なんの対策もしていないロジック回路に勾配のゆるい信号が入力されると２ＳＡ１０１５と２ＳＣ１８１５が高速でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すために短時間にかなり大きな電流が流れます（瞬間的に両方のトランジスタがＯＮになっているのでは、とも思います）。
簡単な実験回路で電源ラインもミノムシクリップでつないでいますから、影響が電源回路にも及んで入力信号の波形の乱れにつながっていると考えられます。
Ｈ→Ｌの部分は一見したところ出力は乱れてはいないようですが。
時間軸を拡大してみると、やっぱりこんな感じです。
うーん。
これじゃあ誤動作しまくりで使い物になりませんでしょう。
やっぱり勾配のゆるやかな信号を入力するためにはなんらかの対策が必要です。
ということで、それではいよいよシュミットトリガ回路の測定です。
上のほうでお見せした実験中の写真での測定結果です。
Ｈ→Ｌの入力ではしきい値は２Ｖ以下のところにあるように見えます。
出力に乱れはありません。
一気にＨからＬに落ちています。
Ｌ→Ｈのときのしきい値を見るために水平軸をスライドさせて出力がＬからＨに上がったポイントに合わせました。
Ｌ→Ｈの入力ではしきい値は３Ｖを越えているように見えます。
こちらも出力に乱れはありません。
一気にＬからＨに上がっています。
しかしさきほどの普通のインバータ２段のところでも一見して乱れが無いように見えていても時間軸を拡大したら乱れがはっきり見えました。
念のため同じように時間軸を拡大してみました。
こちらはＨ→Ｌの波形です。
やっぱり出力に乱れはありません。
一本線のきれいな波形です。
こちらはＬ→Ｈの波形です。
こちらも出力に乱れはありません。
これでトランジスタ版のシュミットトリガ回路でもインバータ２個を使った回路が十分実用的であることが実証できました。
トランジスタわずか４石で簡単に作ることができて、かつしきい値の算出が容易であることが最大の長所でありましょう。
ということで新トランジスタロジック組立キットとしては７４ＨＣ１４相当の回路は用意しませんが、もしシュミットトリガ回路が必要になりましたら前回の７４ＨＣ０４か今回のＴＲ０４を使ったシュミットトリガ回路を使うことを検討してみてください。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第２３９回］
２０２０．５．４ｕｐｌｏａｄ
前へ
次へ
ホームページトップへ戻る