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。

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 OFF ON OFF OFF OFF 流れると電圧が下がる
セット Tr15 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 OFF ON ON OFF OFF
フリップフロップ Tr17 ON OFF OFF ON OFF
出力 Tr20 OFF ON ON OFF ON
出力 Tr24 OFF ON ON OFF ON
放電 Tr14 OFF ON ON OFF ON
555の出力 H L L H L
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