#!/usr/bin/env python
# coding: utf-8
# オリジナルの作成:2016/02/07
# # J1-ディスクリート555を試す
# ## ディスクリート555の作成
# トラ技2016/01で紹介されたタイマーIC NE555をトランジスタで再現したディスクリート555を作ってみました。
#
#
#
# ### ディスクリート555の回路
# トラ技の図3からディスクリート555の回路を引用します。
#
#
#
# ユニバーサル基板のパターンも図8より引用します。トランジスタの赤線はPNPの2SA1015で、 黒線がNPNの2SC1815です。 *1
#
#
#
# このパターンをいつものようにテクノペンで回路を書いて作成しました。
#
#
# ## 動作確認
# ディスクリート555テをストをする前に、オリジナルのNE555を使ってLEDの点滅回路をブレッドボードで動かしました。 以下のサイトを参考にさせて頂きました。
#
# - http://www.rlc.gr.jp/prototype/hashin/n555/n555.htm
#
# 抵抗とコンデンサーの値は、以下の様に設定しました。
#
# - RA: 1KΩ
# - RB: 10KΩ
# - C: 10μF
#
# T1とT2の周期は、以下の様になります。(データシートのASTABLE OPERATION)
#
# - T1 = 0.693 (RA+RB)・C = 76m秒
# - T2 = 0.693 RB・C = 69m秒
#
# ### ArduinoオシロスコープKti-Scopeを使ってNE555の波形をみる
# Arduinoオシロスコープ(Kit-Scope)専用のArduinoとして、ちっちゃいものくらぶYahoo店の600円の Arduino Nano3.0 互換ボード を使いました。
#
#
#
# 回路図の①(NE555の3番ピン)と③(NE555の6番ピン)の波形をKit-Scopeでみてみます。 T1の周期波、計算値の69m秒と一致しており、③のチャージと放電の繰り返しも上手く捉えています。
#
#
# ## ディスクリート555の波形をみる
# NE555で発振回路の動作が確認できましたので、ディスクリート555の波形をみてみましょう。
#
# 機器の接続は、以下の様にしました。
#
#
#
# 回路図の①(NE555の3番ピン)と③(NE555の6番ピン)の波形をトラ技図10から引用します。
#
#
#
# 回路図の①(NE555の3番ピン)と②(NE555の7番ピン)のディスクリート555の観測波形を以下に示します。
#
#
#
# 回路図の①(NE555の3番ピン)と③(NE555の6番ピン)のディスクリート555の観測波形を以下に示します。
#
#
#
# ### 回路内部の波形
# ディスクリート555を作ったのは、1チップの回路をトランジスタで組み立てる興味と、 回路内部の信号をオシロスコープで観察してみたいという思いからです。
#
# 今ならSPICEを使えば、波形は調べられるのでしょうが、計算値と実際に組んだ回路では一致しないこともあります。
#
# まずは上部コンパレータ部の③から⑦までの波形プロットしたトラ技の図11を引用します。
#
#
#
# この回路のキモは、抵抗R7とR8+R9でVCCの2/3に分圧した点(図3の赤丸)から2VBE下がった ⑥の電圧が一定となり、③のチャージが進む区間Aの終わりでTr5に電流が流れ始め④の電圧が下がって いる様子がはっきり見て取れます。この結果Tr6を経由した電流(c)がTr16をオンにします⑦。
#
# これをディスクリート555でみてみましょう。 赤線で③(NE555の6番ピン)を一緒に表示して位置関係が分かるようにしました。
#
# ④の波形は、以下の様になります。区間Aの終わりで下がります。
#
#
#
# これとは対照的⑤の波形はTr8を流れる電流が減少するため、上昇します。
#
#
#
# 確認のため、電圧が一定であるはずの⑥をプロットします。
#
#
#
# Tr16に流れる電流がフリップフロップのリセットとして機能します。 ⑦を見ると④の下降に合わせて電圧が上昇しています。
#
#
# ### 下部コンパレータ部
# 下部のコンパレータは、(R7+R8)とR9で分圧されたVCCの1/3点(1.1V)であり、Tr12のエミッタ 電圧は2VBE上がった2.3Vを保ちます。
#
# ⑧の波形は、以下の様に一定になっています。
#
#
#
# これに対して⑨(ノイズが多い)は、区間Aの終わりで下がり、区間Bの終わりで上がるパターンを示します。
#
#
#
# ### フリップフロップと出力部
# フリップフロップと出力部の波形をプロットしたトラ技の図13を引用します。
#
#
#
# フリップフロップのコアはTr16とTr17であり、⑩と⑪の観測波形を表示してみます。 区間Aの終わりでHighからLowに変わっています。
#
#
#
# これに対して⑪の波形は、区間AではLow、区間BでHighに変化しています。
#
#
#
# 図13の下部に区間A、B、区間C、Dの4つのタイミングに分けて、状態を整理してみます。
#
# | 機能 | トランジスタ | 波形 | A | B | C | D | Reset=L | 備考 |
# |---|---|---|---|---|---|---|---|---|
# | リセット | Tr6 | ④ | OFF | ON | OFF | OFF | OFF | 流れると電圧が下がる |
# | セット | Tr15 | ⑨ | OFF | OFF | OFF | ON | ON | 区間Aのレベルは、0.6Vを超えない |
# | フリップフロップ | Tr16 | ⑦ | OFF | ON | ON | OFF | OFF | |
# | フリップフロップ | Tr17 | ⑩ | ON | OFF | OFF | ON | OFF | |
# | 出力 | Tr20 | ⑪ | OFF | ON | ON | OFF | ON | |
# | 出力 | Tr24 | ⑬ | OFF | ON | ON | OFF | ON | |
# | 放電 | Tr14 | ⑪ | OFF | ON | ON | OFF | ON | |
# | 555の出力 | | | H | L | L | H | L | | |
#
# In[ ]: