カウンタに正弦波をクロックとして入力したい

質問

タイトル通りの話ではあるのですが。

電子回路の制作初心者です。
論理回路を使用して、カウンタを作成しました。
カウンタは、正弦波の数をカウントする目的です。
正弦波は、５Ｖ程度です。

正弦波の入力にダイオードを接続し、正方向の出力のみとした後、
ＮＯＴ回路を経由して、カウンタのクロックとして入力しました。

カウンタは、１２ビットで４０９６カウント出来るようにしてあります。
フルカウントまでの時間は、３０秒程度かかるはずでした。

ところが、実際には、ものすごく早くカウントしてしまいました。
２～３秒程度でフルカウントとなってしまいます。

電圧が高すぎるのか、電流が流れすぎているのか、
と、抵抗を入れてみたりしてみたのですが、状況は変わりませんでした。

なぜ、このような現象になってしまったのか、ご教授願いたいです。

ちなみに、カウンタは非同期式です。配線等は間違いがないか再三チェックしています。

回答No.1

noname#159916 · ベストアンサー

正弦波の周波数は予定通りとして。

＞ＮＯＴ回路を経由して、

普通のNOT回路入力に、正弦波のような立ち上がり・立下りが緩やかな信号を与えると、
入力がLowから閾値を超えてHighになる時→出力がHighからLowに、
入力がHighから閾値を切ってLowになる時→出力がLowからHighに、
というようにと学習されたと思います。

理想的な環境ではそうなのですが、残念ながら現実は理想と違っています。

現実には、信号には微細な上下動や、電源・GND変動の影響により
変化がゆるやかな入力信号を与えると、普通のデジタル回路は「誤動作」します。

具体的には、緩やかに変化する信号には、微細な上下動があり、
本来の入力信号は閾値を一度またぐだけの場合でも、
現実の微細な上下動のせいで閾値を超えては戻ってと、閾値を何度もまたぎます。
これにより、NOT回路の出力の変化は１度でなく、
短時間に間にHigh→Low... という変化を何度も起こします。
このためカウント数が予定よりも多くなります。

オシロスコープで観測すると明白なんですけどね。

解決方法はあります。

正弦波のように変化が緩やかな信号を扱うには、
「シュミットトリガ入力」であるICを使うか、正転バッファと抵抗器を組み合わせて
「シュミットトリガ」を作ればいいです。

詳細説明は省略しますが、シュミットトリガとは、
先の「微細な上下動」があってもある程度なら影響されない、という特性を持ちます。
回路図シンボルには「ヒステリシスループ」をかたどった記号が付いてたりします。

NOT回路でシュミットトリガICというと 7414が著名なので、これに交換するのも一法です。

補足

回答ありがとうございます。
シュミットトリガを使ってみます。
＞正転バッファと抵抗器を組み合わせて「シュミットトリガ」を作ればいいです。

シュミットトリガを作成できるのですか？
出来るとすれば、どのように回路を構成するのですか？

回答No.3

noname#159916

No.1 です。

＞どのように回路を構成するのですか？

すみません手抜きします。

Wikipedia シュミットトリガ
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%9F%E3%83%83%E3%83%88%E3%83%88%E3%83%AA%E3%82%AC
の中ほど
＞コンパレータによる構成

にコンパレータ(OPアンプ)を使った図があります、
- 端子を削除して正転バッファに読み替えればいいです。

一度 High と受け付けると出力で自分の入力をずり上げます。
逆に Low と受け付けると出力で自分の入力をずり下げます。
という動作によりヒステリシス幅を持たせることができます。

実際に使った事はないのですが。

お礼

お礼が遅くなりました。
シュミットトリガＩＣを使用すると、きちんと
カウントできました。
ありがとうございました。

回答No.2

ooi_ocha

素人ですが、シンクロでカウンター入力信号を見ることが出来れば
一目瞭然なのですが、入力側で何らかの共振現象が起きているとか、
入力信号が歪んでいると想定されます。
　入力の5Vの信号をスライダックなりで、波形整形回路に加える前に
0～5Vに変化させ動作がどうなるか観測するとか、カウンター前に
発生しているであろう雑音電圧をバイパスするコンデンサーを並列
に入れて動作させて観測するのも面白いと思います。

お礼

お礼が遅くなりました。
オシロスコープがあるので、カウンタの入力信号の確認をしてみたいと思います。
バイパスコンデンサーも、ｎｏ１さんの回答と合わせて入れて
見たいと思います。
ありがとうございました。