スイッチ 開閉 TC4066BP TC4538BP

質問

TC4066BPという素子を使って周期(t=nT)によってスイッチの開閉が行われる回路を作っているのですが、わからないことが多々あって質問させていただきます。

ON　 　ーーーー　　　　ーーーー
　　　　｜　　｜　　　　｜　　｜
　　　　｜　　｜　　　　｜　　｜
　　　　｜　　｜　　　　｜　　｜
OFFーーー　　　ーーーーー　　　ーー
　　　　｜←　　　T　　→｜
　　　　　図：１

今の状況として、
TL081で+-15V,T=1msの方形波を作成
　　　　　　　↓
これを２つのTC4538BPの入力端子(12番or11番)に入れ、
立ち上がり、立ち下がりパルスを作成。

＋１５　｜　　｜　　｜　　　　　ーーーーーーーーーー
　　　　｜　　｜　　｜　　　　　　｜　　｜　　｜
　　　　｜　　｜　　｜　　　　　　｜　　｜　　｜
0　　ーーーーーーーーーーー　 　　｜　　｜　　｜

　　　　　　　　　　　図：２　

　　　　　　　　　　　　↓
この２つのパルスが合わさって、図１のようなパルスを作るという考えでいいのでしょうか？
もしそうだとしたら、4066のコントロール端子に図２の出力波形をそのまま繋げていいのでしょうか？

4066のVDD,Vssは+-7.5Vです。

何より根本的な原理を理解していないと思うので、質問が意味不明かもしれませんが、何とか教えていただけたら幸いです。

この投稿のマルチメディアは削除されているためご覧いただけません。

回答No.12

inara1

ANo.12の参考URLは削除されました。この回答に回路図を添付しましたのでご参考まで・・

回答No.11

inara1

jagjag2009さんがやりたいことは参考URLのような回路でできるはずです（これは１回路分しかスイッチしてませんが）。こちらで4066をつけてちゃんとスイッチ動作しているか確認しました。手元の4066はスタンダードCMOSのTC4066BPでなく、耐圧の低い74シリーズのTC74HC4066APだったので、電源電圧を±6Vで実験しましたがちゃんと動作しました。TC4066BPとTC74HC4066APは耐圧が違うので±7.5V電源で使うときはTC4066BPのほうを使ってください。

[1]　TC4066BPデータシート　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC4066BF_TC4066BP_ja_datasheet_071001.pdf
[2]　TC74HC4066APデータシート　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC74HC4066AF_TC74HC4066AP_ja_datasheet_080601.pdf

回答No.10

inara1

＞4538とTL081の電源電圧+-7.5の時、最高でも2usくらい
＞4538(0-+15V)とTL081(+-15V)の時は、何故か0.5usくらい
なぜ電源電圧を変えるのでしょうか。
4538とTL081の電源電圧を同じにしないと4538がちゃんと動作しなかったり、4538に過大電圧がかかってしまいます。

さきほど参考ＵＲＬの回路で実験してみました。この回路では4538とTL081の電源電圧は同じ（+15V）です。パルス幅を決めているコンデンサ Cx をはずせば、最小パルス幅が分かりますが、Cx をはずした状態で Rx を変えてみるとパルス幅 tw は以下にょうになりました。
　　　Rx = 1kΩ → tw = 0.45μs
　　　Rx = 10kΩ → tw = 0.45μs
　　　Rx = 15kΩ → tw = 0.55μs
　　　Rx = 33kΩ → tw = 0.85μs
　　　Rx = 47kΩ → tw = 1.1μs
　　　Rx = 68kΩ → tw = 1.4μs
　　　Rx = 100kΩ → tw = 2μs

＞方形波の振幅の大きさによって、狭められる幅の限度があったりするのでしょうか
入力振幅でパルス幅が変わることはありませんが、4538の電源電圧（16pin-8pin間電圧）で変わります。Rx = 10kΩ のとき以下のようになりました。
　　　電源電圧 = 4.25V → tw = 0.95μs
　　　電源電圧 = 6V → tw = 0.95μs
　　　電源電圧 = 8V → tw = 0.7μs
　　　電源電圧 = 10V → tw = 0.6μs
　　　電源電圧 = 12V → tw = 0.55μs
　　　電源電圧 = 16V → tw = 0.45μs

＞写真の回路図で入力の0-+15Vの波形にGNDに繋げてありますが、これは一体どういうことなのでしょうか？
これは入力側（矩形波発生回路）の電源電圧が0～+15V（出力電圧もこの範囲）のとき、それを-7.5V～+7.5Vの矩形波に変換するものです。信号源のGNDというのは、レベルシフト回路の電源電圧（-7.5Vと+7.5V）の半分の電圧（0V）で、矩形波発生回路の負側電源電圧と同じです。参考ＵＲＬの回路にすればレベルシフトは不要です。

補足

回答ありがとうございます。

このURLの回路は、
TL072CPで正電圧だけの方形波をつくり、
それを4538に入れて、
4538の出力からも正電圧のパルスが見られるというものですか？

回答No.9

inara1

しばらくお返事がなかったので解決したのかと思ってこの質問は見ていませんでした。jagjag2009さんの作戦をちょっと考えてみます。

お礼

よろしくお願いします。

回答No.8

inara1

波形の見方がよく分かりませんが（左半分が V1 と V2、右半がその平均値？）、これで問題解決ということでしょうか？

補足

返事おくれてすみません。
＞波形の見方がよく分かりませんが（左半分が V1 と V2、右半がその平均値？）
はい。そうです。

これで上手くいったと思ってのですが、しかし、
状態平面図（XY）で見たときのシュミレーションと実際の波形と一致しないという状況です。

正直シュミレーションと合わない原因が不明という状態なのです。
おそらく条件が「一瞬だけスイッチON」というものなので、
もっと4538の立ち上がりパルス幅を狭く(ONの時間を短く)してあげないといけないと思ったのですが、

4538とTL081の電源電圧+-7.5の時、最高でも2usくらいです。
4538(0-+15V)とTL081(+-15V)の時は、何故か0.5usくらいまで
狭めることが出来ました。
（方形波の振幅の大きさによって、狭められる幅の限度があったりするのでしょうか、、、？）
なので、下記の作戦でもやってみたいと思います。

＜作戦１＞
TC081←+-15V
TC4538BP←0-+15V
これをレベル変換して+-7.5Vの立ち上がりパルスを作り、
4066(+-7.5V)のcont端子に入れる。

もしくは、
＜作戦２＞
TC081←+-15V
TC4538BP←0-+15V
4066(0-+15V)にしてレベル変換なしの方法。
しかし、これだと、4066のI/O端子に入れる信号に
バイアス回路をかけないといけないと思います。
I/O端子に入れる信号が０Vを中心とした信号なので
そのまま4066に入れると、マイナス側がクリップしちゃいますよね？

作戦１では、レベル変換回路が上手くできません。
inariさんが貼ってくれた回路図を参考にしたのですが、一つわからないことがあります。
写真の回路図で入力の0-+15Vの波形にGNDに繋げてありますが、
これは一体どういうことなのでしょうか？

作戦２では、単にバイアス回路というものが、わかりません。
いろいろ検索してみたのですが、、、イマイチわかりやすいのがありませんでした。

だいぶ時間が空いて、ほんと申し訳ありません。
もしまだ協力して頂けるというのであれば、
どうかアドバイスをお願いします。

回答No.7

inara1

＞バイパスコンデンサというのは、電源端子のそば
ユニバーサル基板をお使いなら、添付図のように電源端子のすぐそばに実装して最短距離で配線してください。電源端子と反対側も、粘着テープ付の銅箔等で広くしたパターンのところに、最短距離で配線するようにしてください（今回のは配線インピーダンスを気にする回路ではないと思いますが、このルールはいつも守るようにしたほうがいいです）。ここのサイト（http://shu-nkmr.sakura.ne.jp/SN-HPA0502/SN-HPA0502.html）のページ中央付近の写真が参考になります。写真を見ると基板の裏側には小容量のバイパスコンデンサ（茶色のチップ部品）が、部品面には大容量のバイパスコンデンサ（電解コンデンサ）が実装されていますが、いずれも電源端子付近に置かれています。ICを交換する場合もあるのでICソケットを使ったほうがいいです（ICソケットは挿入穴が丸いものがいいです）。

＞ON抵抗とは一体どういったものなのでしょうか
スイッチをONにしたときの入出力間の残留抵抗値です。理想スイッチなら０Ωです。
Ron=10(Vin-Vout)/Vout [KΩ] という式は
　　 Ron（kΩ） = スイッチ間の電圧差/スイッチに流れる電流(mA）
という意味です。スイッチに流れる電流はRLの両端の電圧（Vout）を抵抗値（10kΩ）で割ったものなので、Vout/10 がmA単位の電流値になります。スイッチ間の電圧差は Vin - Vout で、スイッチに流れる電流が Vout/10 （mA） ですから
　　 Ron（kΩ） = スイッチ間の電圧差/スイッチに流れる電流(mA） = ( Vin - Vout )/( Vout/10 ) = 10*( Vin - Vout )/Vout
となります。

＞4066のデータシートに記載してあるRL=10KΩ
それはON抵抗測定のためにIC外部に接続した抵抗です。RLはICに内蔵されていません。
jagjag2009さんの添付回路のスイッチ部分はONになっても最大160Ωの抵抗があるので、C1からC2またはC2からC1への充放電時間はC×Ron （s）程度かかります。その時間は許容できるかどうかを心配したわけです（Cが大きいとその時間も長くなります）．

＞VinとVoutをテスターで計測してみたところ、ほぼ０Vでした
スイッチの入出力間に電流が流れた状態で測定する必要ああります。データシート（http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC4066BF_TC4066BP_ja_datasheet_071001.pdf）５ページ目のRon測定回路では、Vinに5VなどのDC電圧を加えた状態で測定する必要があります。Vin - Vout の測定は、Vin と Vout を別々に測定するのではなく、スイッチの入出力間にテスターのリード線を当てて直接測定したほうが精度がよくなります。

補足

回答ありがとうございます。
一応このような波形が出ました。

それぞれV1,V2の波形が出てて、スイッチがONになったとき
(V1+V2)/2の波形が出てるので、ちゃんとスイッチは切り替わっていると思います。

スイッチが切り替わっているのか、わかりやすくするために、
パルス幅を広く(ONの時間を長く)しました。

それと、それぞれのI/O端子にフォロアをかけていたのも原因？でした。

回答No.6

inara1

＞これで大丈夫でしょうか？
何の回路か分かりませんが、スイッチの入出力端子の電圧が、電源電圧の±7.5Vを瞬時でも超えないような信号なら大丈夫です。

＞使わないコントロール端子はオープンにしてはいけないですか
CMOSロジックの入力端子をOpenにするとノイズを拾って勝手にスイッチがON/OFFして他のスイッチに影響が出るので、Vdd（+7.5V）かVss（-7.5V）に接続すべきです。

＞これを4066のコントロール端子に繋ぐとき、何か注意点はありますか？
4538と4066が電源（±7.5V）を共有しているのなら4538の出力と4066のコントロール端子を直結して構いません。
TL082も4538も4066も、電源端子（のそば）にはバイパスコンデンサ（0.1μF程度の積層セラミック）は入ってますね？

4066はVdd-Vss=15Vのとき、ON抵抗が最大160Ωありますが問題ないですか？

http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC4066BF_TC4066BP_ja_datasheet_071001.pdf

補足

今、スイッチの入出力端子の電圧が、電源電圧の±7.5Vを瞬時でも超えないような信号にしました。

バイパスコンデンサというのは、電源端子のそば、、、
具体的にどこに入れたら良いのでしょうか？
素子に繋げるのではなく、＋とGND、ーとGND、といった感じでしょうか？

ON抵抗についてですが、VinとVoutをテスターで計測してみたところ、
ほぼ０Vでした。
ON抵抗とは一体どういったものなのでしょうか？
Ron=10(Vin-Vout)/Vout [KΩ]ですよね。

また4066のデータシートに記載してあるRL=10KΩなどは
もともと4066に組み込まれてあるんですよね？

ちなみに
4066のI/O,O/IにはV1,V2(異なるsin波)を入れてます。

回答No.5

inara1

TC4538BPを±7.5V電源で使う場合、15pinをGND(0V)に接続すると正常動作しません。接続するなら8pin（Vss）です。
15pinはIC内部で8pinにつながっているので、普通は15pinにコンデンサを接続するだけで動作します。ただし、Cの容量が大きくてRが小さい場合、R → C → 15pin → 8pin という経路で大きな電流が流れて誤動作する場合があるので、充電電流のバイパス経路として、15pinを8pinに接続します。TC4538BPを±7.5V電源で使う場合、充電経路の最終経路は最も低い電圧の8pinにしないといけません。TC4538BPを±7.5V電源で使ったとき、15pinをGND(0V)につなぐと-7.5V電源がI内部でショートされてしまいます。

参考URLのデータシートの2ページの論理図で、15pinとVssが破線で結ばれていますが、これは内部でつながっているという意味です。1pinも内部でVssにつながっているので1pinもGNDにはつながないでください。電源電圧を変則的にするといろいろ問題が起きますね。素子が熱くなっているとのことですが、TC4538BPは壊れてないですか。TL082も4538も4066も手元にありますので実験することは可能です。この回路はDCを含む信号を順番に取り込むマルチプレクサでしょうか。DC信号を切り替えないのなら±電源でなく片電源でできます（4066の入出力をC結合する方法です）。

参考URL：

http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC4538BF_TC4538BP_ja_datasheet_071001.pdf

お礼

あれ？今、回路図を載せようとしたんですが
一度画像を載せたら、それを消しても貼れないんですかね？

補足

>この回路はDCを含む信号を順番に取り込むマルチプレクサでしょうか。

すみません。よくわかりません。要するにどういうことでしょうか？

回路の全体の構成として、
BVPという２つの回路をスイッチで繋ぐといったもので、
（回路図を後ほど載せたいと思います）

4066の入出力には、それぞれのBVPのv(sin波)を繋げています。
オシロで見るところは、それぞれのBVPの電圧(キャパシタの所)です。

実験して頂けたら、ほんとに助かります。
必要な情報が足りなければまたお答えします。

回答No.4

inara1

オペアンプで矩形波を発生させるために±15V電源を別途準備しているのかもしれませんが、TL082は±7.5V電源でも動作しますから、電源電圧を全て±7.5Vに統一できます。そうすれば電源は１組で済むしレベル変換も必要ありません。

添付回路はオペアンプを使った矩形波発振器です。±7.5V電源で±6Vの出力が得られます（この出力を4538に直結しても大丈夫です）。回路図の抵抗やコンデンサの値でほぼ1kHzで発振しますが、周波数を微調整するにはR2を50kΩか100kΩの半固定抵抗としてこれを調整すればいいでしょう。R2が10kΩのとき2.74kHz、R2が50kΩのとき721Hz、100kΩのとき455Hzになります。

補足

今、TC4538BPの出力より、
+-7.5Vの立ち上がり、立ち下がりパルスを作ることができました。

あとは,この立ち上がり、立ち下がりパルスを
4066のコントロール端子に入れるだけで周期でスイッチが切り替わるのでしょうか？
4066の電源電圧は+-7.5Vにしてあるのでレベルシフト回路は設けなくても大丈夫ですよね？
また、使わないコントロール端子はオープンにしてはいけないのでしょうか？

回答No.3

inara1

＞早くも0~+15Vの方形波を出すのに、つまずいてます
矩形波を出すのは簡単ですよ。準備できる電源電圧は±15Vと±7.5Vだけでいいですね？後で発振回路を紹介します。

＞TC4538BPのデータシートで動作範囲を調べたところ、Vdd=3~18V、Vss=0V
これはVdd-Vssが 3V～18Vの範囲なら動作するという意味です。Vss=0Vでなくても動作します（ICはVddとVssの電圧差で動作しているだけです）。したがって余計な回路が不要な分、ANo.2の最初の回路が良いと思います。

なお、電源電圧の異なる回路を接続するとき、電源が別々の時間に入ったときに回路に過大電流が流れないように注意する必要があります。例えば電源電圧がまだ来ていない回路に１Ｖ以上の電圧を入出力端子に加えると壊れてしまいます。ANo.2の最初の回路は±15Vと±7.5Vのどちらの電源が先に投入されても、4.7kΩの抵抗があるおかげで入出力端子に過大電流が流れないようになっています。ANo.2のレベル変換回路でも、入力部分の100kΩの抵抗によって過大電流が流れないようになっています。

＞パルス幅調整のR(可変)をいじると、電源電圧の値が変わってしまうという状況です。
電源電圧が変わる？4538の出力電圧が変わるという意味ですか？

補足

回答ありがとうございます。

今、TL081の電源電圧を+-7.5Vにして、+-6の方形波を作りました。
確かに、+-15VのままTC4538BP(Vdd=15V,Vss=0)に直結したら、
素子が熱くなっているのを実感したので、納得しました。

TC4538BPは、
Vdd=7.5V(16番)
Vss=-7.5V(8番)
14番と15番をC=0.01uFで直結
14番に+7.5Vから直列にR(可変)
15番にGND
13番は+7.5V
11番は+7.5V
12番にTL081の出力波形を入れてます。

TC4538BPの出力からは、パルスの波形が見られないという状況です。
Rが大きすぎる(小さすぎる？)と思い、可変をいじると、
VddとVssの値が+-7.5Vから変わってしまうという状況です。