8章:OR・AND・マトリクス回路

    作成2014.01.09
      ダイオードを応用した回路として、OR・AND・マトリクス回路があります。

  1. OR回路
    評価したOR回路を図8-1に示します。SW1とSW2をON/OFFした時のCh1、Ch2、Ch3点の電圧変化を観察しました。


    (1)SW1をON/OFFした場合の電圧変化
     SW1をON/OFFした場合の各点の電圧変化を図8-2に示します。

     図8-2から、ON/OFF時とも電圧変化は1〜2msで完了しており、この条件において時間遅れの問題はなさそうです。
     Ch3(LED赤)の電圧は、供給電圧5.2Vに対して、2.42Vから2.12Vに変化します。なぜ?こうなるか?検討してみたいと思います。

     図8-3に電圧計算モデルを示します。図8-3においてVdはダイオードの障壁電圧、Rdはダイオードの抵抗値とします。
     図8-3から以下の関係式が成立するはずです。

    すなわちI3が求まれば、Ch3の電圧が決定できます。(8.1)式を変形して

    となり、実測値2.42Vに近い計算結果を得ます。
    同様にSW1がONした時のCh3の電圧は

    となり、実測値2.12Vに近い計算結果を得ます。ダイオードの障壁電圧Vdと抵抗値Rdは直線近似の概略値であり、実測とわずかな誤差が生じるのはやもえません。(大まかな値が求まれば良しとします。)

    (2)SW2をON/OFFした場合の電圧変化
     SW1をON/OFFした場合の各点の電圧変化を図8-4に示します。

     この場合も、CH3の電圧は2.115Vとなり、LEDが点灯します。

    (3)SW1とSW2を同時にON/OFFした場合の電圧変化
     SW1とSW2を同時にON/OFFした場合の電圧変化を図8-5に示します。

     この場合、CH3の電圧は0から0.94Vの変動電圧となり、LEDは点灯しません。この条件において、簡易オシロの入力抵抗は推奨の10KΩを大きく上回るので、ノイズの影響を受けやすくなると思われます。
     これは、簡易オシロの特性に起因する現象と思われます。

     LEDの変化をみれば、SW1とSW2を同時にONしたときのみにLEDは消灯し、その他の条件では点灯します。したがってOR回路として正常に動作していることが確認できます。


  2. AND回路
     評価したAND回路を図8-6に示します。SW1とSW2をON/OFFした時のCh1、Ch2、Ch3点の電圧変化を観察しました。

    (1)SW1をON/OFFした場合の電圧変化
     SW1をON/OFFした場合の各点の電圧変化を図8-7に示します。

    図8-7からSW1をONしたとき、CH3の電圧は2.14Vから0.73Vに低下し、LEDは消灯することが確認できます。

    (2)SW2をON/OFFした場合の電圧変化
     SW2をON/OFFした場合の各点の電圧変化を図8-8に示します。

    図8-8からSW2をONしたとき、CH3の電圧は2.14Vから0.65Vに低下し、LEDは消灯することが確認できます。

    (3)SW1とSW2を同時にON/OFFした場合の電圧変化
     SW1とSW2を同時にON/OFFした場合の電圧変化を図8-9に示します。

     図8-9からSW1とSW2を同時にONしたとき、CH3の電圧は2.14Vから0.64Vに低下し、LEDは消灯することが確認できます。

     LEDの変化をみれば、SW1とSW2を同時にOFFしたときのみにLEDは点灯し、その他の条件では点灯します。したがってAND回路として正常に動作していることが確認できます。


  3. マトリクス回路
     評価したマトリクス回路を図8-10に示します。SW1とSW2とSW3をON/OFFした時のCh1、Ch2、Ch3点の電圧変化を観察しました。


    (1)SW1をON/OFFした場合の電圧変化
     SW1をON/OFFした場合の各点の電圧変化を図8-11に示します。

     図8-11において、スイッチがOFF状態のとき、入力抵抗が大きくノイズがのりますが、SW1をONするとCH1だけが5.03Vに変化してLED1が点灯します。

    (2)SW3をON/OFFした場合の電圧変化
     SW3をON/OFFした場合の各点の電圧変化を図8-12に示します。

     図8-12において、スイッチがOFF状態のとき、入力抵抗が大きくノイズがのりますが、SW3をONするとCH1が3.9V、CH2が4.5V、CH3が5Vに変化 してLED1、LED2、LED3が点灯します。


  4. 結果の検討
    (1)OR回路、AND回路、マトリクス回路とも電圧変化は1〜2msで完了しており、本評価条件において時間遅れの問題はない。
    (2)入力抵抗が大きくなる条件において、簡易オシロはノイズがのりやすく正確な値を示さない。
    (3)図8-3においてVdはダイオードの障壁電圧、Rdはダイオードの抵抗値として、回路の電圧変化を近似的に計算できる。
    (4)OR回路、AND回路、マトリクス回路とも正常に動作する。









9章:CR回路に行く。

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