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幸福の物理

みんなに物理と工作と幸福をお届けするのだァ~!

いつの間にかバイポーラトランジスタでセット・リセット付エッジトリガ式Dフリップフロップができてた

概要

 オペアンプ*1だけでエッジトリガ式Dフリップフロップ*2が出来ないかと考えていたらいつの間にか入試が終わっていた。しかもバイポーラトランジスタで作れる身体になっていた。だからバイポーラトランジスタでエッジトリガ式Dフリップフロップを作ってみた。

東工大前期入学試験が終わったらしい

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Fig1.入試前日の正門の様子

 ついさっき入試が終わったようだ。もちろん今年も入試再現プロジェクトを実行するつもりです。

 どうやらまた「一様磁場」なるものが出題されたらしい......。まあ去年のノウハウがあるので大丈夫でしょう、きっと。

オペアンプ分からない

 今コンパレータICでエッジトリガ式Dフリップフロップをつくろうとしています。論理ゲートで構成するならば話は早く、NANDゲート6個で作れます。で、オペアンプでNANDゲートを組んで組み上げたものがこちらになります。

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Fig2.LM339だけで構成されたエッジトリガ式Dフリップフロップ。リセット・プリセット機能付き。

 しかしこれでは1bit分を作るのにICを2個(厳密には1+1/2個)消費してしまい経済的ではありません。なのでなんとかICひとつ(つまりオペアンプ4個)に抑えられないかと3ヶ月くらいだらだらと考えてました。

 いくつか候補ができたのでブレッドボード上で組んでみたり友人に勧められたLTspiceを使ってシミュレーションをしてみました。

 結果、エッジトリガ式Dフリップフロップはできました。ただ、横につなげてカウンタやシフトレジスタを組んでみるとうまく動きません。どうも自作Dフリップフロップ内部の遅延と外部クロックとの同期がとれていない。抵抗値を変えたりトランジスタでわざと遅延させたりといろいろ手を施すが改善されず・・・。

あっこれDTLじゃん

 オペアンプをケチるために、必要になる基本的論理ゲート*3トランジスタダイオードで作っていました。さて、同期で行き詰まったところでふと気づいてしまいました。

「あれ?トランジスタダイオードだけで作れそうじゃね?」

 というわけで出来るかどうか実験で確かめてみました。いわゆるDTL*4ってやつです。

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Fig3.Eagleで描いた回路図。一つ一つはトランジスタダイオードで作ったNANDで構成されてます。出力にはトーテムポール出力を採用しました。

 ドキドキの電源投入。おお、ちゃんと機能しました!成功です。
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Fig4.ブレッドボード上で組んだリセット・プリセット付エッジトリガ式Dフリップフロップusingバイポーラトランジスタ

トランジスタ怖くない(怖い)

 何をしたかったのかよく分からなくなってしまいました。とりあえずバイポーラトランジスタでもできることがわかったのでもうアレをするしかないかなあと。

*1:以下ではコンパレータIC内部のオペアンプのことを意味しています。コンパレータのことをオペアンプと呼ぶのはやや飛躍あり?個人的には双方同じものとして扱っています。ご了承ください。

*2:Dフリップフロップとは状態を保持する論理回路で順序回路の一種。

*3:ここではAND,OR,NOT,NAND,NORゲートのことを意味します。

*4:Diode Transistor Logicの略。ロジックICのご先祖様。