電子工作

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　部品編３

１，デジタルＩＣ
２，ゲート

１，デジタル

ここからは、デジタルＩＣの解説に入りたいと思います。

　

デジタルＩＣは０と１だけ

デジタルＩＣは、信号の処理を１か０で行うというのは聞いたことがあるでしょう。
信号は全て０か１で行うので、中間値というものがないのです。
入力端子についても同じで、０か１のどちらかしか入力できません。
無理に中間の値を入れようとしても、ＩＣ内部で０か１のどちらかにされます。

　

デジタルＩＣは、入力と出力

デジタルＩＣのピンは、多くのの場合

  1. 入力端子
  2. 出力端子
  3. 電源

の３種類に分けることができます。
そのためデジタルＩＣを考える場合、何か入力したら
何かが出力されるという、ブラックボックスモデルを考えるといいでしょう。

　

ＣＭＯＳ

デジタルＩＣは、多くがCMOS(シ−モス)型になっています。
これは、ＩＣ内部の素子がｎ型とｐ型の２種類のFET素子を用いて
構成されていることを示しています。特徴として

  1. 高速なスイッチングが可能
  2. 超低消費電力
  3. 入力抵抗が非常に大きい
  4. 出力電流が小さい
  5. 静電気に弱い

があげられます。
このほかにもＰＭＯＳ、ＮＭＯＳというものがあるのですが、
FET素子１つで構成されているので、消費電力が大きくなってしまいます。

　

TTL

デジタルＩＣは、CMOSが多いのですが、一方でＴＴＬ型というのもあります。
CMOSは、FETで素子を構成しているのに対し、TTLはトランジスタで
構成しています。特徴として、次のものがあげられます。

  1. CMOSより高速なスイッチングが可能
  2. 消費電力が多い
  3. 入力抵抗が多少小さい
  4. 出力電流が大きい
  5. 静電気に強い

　

ICピン番号の数え方

ＩＣからは、多数のピンが出ていて、それぞれのピンには
番号がふられています。

数え方は、ＩＣのくびれた部分or丸いくぼみのある部分を
左側になるように置き、左下から反時計回りにカウントしていきます。

ピン番号の数え方

このＩＣの場合、「＋」が１番、「−」が８番、「ＮＣ」が１６番になります。

　

２，ゲート

前節ではデジタルICにはＣＭＯＳとＴＴＬの２種類があることを
解説しましたが、ここからはCMOSに限って解説をしていきます。

ゲートICは、デジタルＩＣの中でも簡単なものの部類に入ります。
入力端子にある組み合わせの０／１信号を入れることで、決められた
出力が出てきます。このような関係を表にしたものを
「真理値表」といいます。

　

●バッファ

入力 出力
０ ０
１ １

バッファー回路は、０が入力されたら０，１なら１を返します。
これだと、このICの役割がないと思われるかもしれません。

４０５０ 4050 Iout=2.5mA
Iin=6mA
４０１０ 4010 Iout=0.5mA
Iin=4mA

Ioutは、出力が１の時に外部に流すことができる電流の最大値です。
逆にIinは、出力が０の時に外部から流れ込むことができる電流の最大値です。
一般的に、Vin>Ioutの関係があります。

４０１０のICには、＋電源が２種類あります。
これは、デジタル信号のレベルが異なっている回路でも
その電位差を解消させることができます。
これにより、入力側の０，１の信号レベルと出力側のレベルが違っても
信号のやりとりができます。
たとえば、入力側の信号レベルが０−１Ｖ、出力側が０−５Ｖのとき、
Vinに１Ｖ、Voutに５Ｖを加えれば、電位差の問題を解消できます。

ＮＣ

説明図に「ＮＣ」というものがありますが、これは「No Connect」という
意味で、電気的にどこにも接続されていない飾りのピンです。

　

●ＮＯＴ

ＮＯＴ 入力 出力
０ １
１ ０

NOT回路は、０を入力すると１，１を入力すると０を返します。
つまり、入力された信号を反対にするICです。

NOT回路を積んだICは、次の３種類があります。

４０６９ mos4069.gif (1640 バイト)
４０４９ mos4049.gif (1893 バイト) Iout=2.5mA
Iin=6mA
４００９ mos4009.gif (1938 バイト) Iout=0.5mA
Iin=4mA

　

●AND

入力 出力
０ ０ ０
０ １ ０
１ ０ ０
１ １ １

ＡＮＤ回路は、入力信号の両方が全て１にならないと出力が１にならない回路です。
一般的なＡＮＤ回路は２入力なのですが、複数入力のＡＮＤ回路でも、
「入力が全て１の場合のみ出力が１」という原理は同じです。

　

４０８１ 4081 Iout=0.8mA

Iin=0.8mA
４０７３ 4073
４０８２ 4082

　

●NAND

入力 出力
０ ０ １
０ １ １
１ ０ １
１ １ ０

ＮＡＮＤ回路は、入力信号の両方が全て１にならないと出力が０にならない回路です。
これは、先ほどのＡＮＤ回路に、出力を反転させるＮＯＴ回路をつけたのと同じです。

４０１１ 4011 Iout=0.8mA

Iin=0.8mA
４０２３ 4023
４０１２ 4012
４０６８ 4068

４０６８は、８入力のＮＡＮＤ回路です。
一部メーカのＩＣでは、１ピンにＡＮＤ回路としての出力があります。

ＡＮＤ出力あり
富士通
三菱		 MB84068B
M4068B

　

●OR

入力 出力
０ ０ ０
０ １ １
１ ０ １
１ １ １

ＯＲ回路は、入力信号のどれか１つでも１になると出力が１になる回路です。
ＡＮＤ回路では、「すべて１の場合」でしたが、ＯＲ回路では「どれか１つでも１の場合」
という違いがあります。

４０７１ 4071 Iout=0.8mA

Iin=0.8mA
４０７５ 4075
４０７２ 4072

　

●NOR

入力 出力
０ ０ １
０ １ ０
１ ０ ０
１ １ ０

ＯＲ回路は、入力信号のどれか１つでも１になると出力が１になる回路です。
ＡＮＤ回路では、「すべて１の場合」でしたが、ＯＲ回路では
「どれか１つでも１の場合」という違いがあります。

４００１ 4001 Iout=0.8mA

Iin=0.8mA
４０２５ 4025
４００２ 4002
４０７８ mos4078.gif (1746 バイト)

４０７８は、８入力のＮＯＲ回路です。
一部メーカのＩＣでは、１ピンにＯＲ回路としての出力があります。

ＯＲ出力あり なし
？
東芝
沖電気
富士通
三菱		 F4078B
TC4078BP
MSM4078B
MB84078B
M4078B		 モトローラ
ＮＥＣ
日立
松下		 MC14078B
uPD4078B
HD1478B
MN4078B

　

●Ex.OR

入力 出力
０ ０ ０
０ １ １
１ ０ １
１ １ ０

Ｅｘ．ＯＲ回路（エクスクルーシブ・オアー）は、お互いの入力信号が
異なっているときに１、同じである場合に０を出力します。

４０３０

４０７０

 4030,4070 Iout=0.8mA

Iin=0.8mA

　

●Ex.NOR

入力 出力
０ ０ １
０ １ ０
１ ０ ０
１ １ １

Ｅｘ．ＮＯＲ回路は、お互いの入力信号が
異なっているときに０、同じである場合に１を出力します。

４０７７ 4077 Iout=0.8mA

Iin=0.8mA

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