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カウンタ回路のパスコン及びノイズの原因について
- カウンタ回路のパスコンとは何か、その特性について説明してください。
- パスコンの容量によるカウント動作への影響について説明してください。
- 発振回路をファンクションジェネレータとした場合におけるパスコンの役割について説明してください。
- kingdorian
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- 物理学
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トランジスタで15Hzの発振をさせた訳ですね。これは立ち上がり時間が 相当長いと思います。一方、カウンタICはそれに比べると桁違いに高速 動作をします。 つまり、カウンタICにとってみると、トランジスタ発振器からの信号は 極めてゆっくり電圧が変化しているように見えるでしょう。そうすると 入力が"0"か"1"かの境目を長時間うろうろしていることになります。 ほんのちょっとしたノイズで２発の信号に見えてしまうことがあります。 このノイズは電源からも入ってきます。なので、15Hzの信号が変化する 瞬間の電源電圧の数mVの変動が効いてきます。 このようなときはトランジスタ発振器の出力をシュミットトリガ回路で 波形成形するのが常道です。（74HC14など） 具体的に質問に答えると ＜１＞セラミックコンデンサは高周波特性が良いか そのとおりです。 ＜２＞低周波では電解コンデンサの方が適しているのか Yes ＆ No です。 低周波のノイズを取るには容量の大きなコンデンサが必要です。 電解コンデンサは体積あたりの容量が大きくとれます。 ただし、信号の周波数に惑わされずに信号の変化点の速さに 着目すると、やはりセラミックコンデンサのような高周波特性の 優れたパスコンが必須です。 ＜３＞トランジェント点での電流の変化が原因ではない これの考え方は間違っています。上記のように、信号の周波数ではなく 立ち上がり時間で考える必要があります。 オシロではちょっと見ただけでは立ち上がりの差は見えません。 よく拡大して、トランジスタとファンクションジェネレータの立ち上がりの 速さを比べてみてください。トランジスタでは特に立ち上がりが遅い はずです。これを早くする方法もありますが、シュミットの方が簡単です。 ＜４＞＜５＞＜６＞ 上記に説明したとおりなので、省略します。
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- xpopo
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こんばんわ。以下に答えられる範囲でお答えします。 ><1>ICのパスコンとしては、周波数特性を考慮して容量0.01μF～0.1μFのセラミック >コンデンサが適していると考えていたが、その認識は間違えているか。 必要な容量は誤動作の原因を作っているノイズ源の周波数成分と大きさによります。 ノイズ源が明確でないとなんとも言えません。 ><2>発振回路の周波数が15Hzという低周波回路なので、パスコンは電界コンデンサの >方が適しているのか。そうだとしたら、なぜ低周波回路だと電解コンデンサの方が >パスコンに適すのか。 ２つのNPNトランジスタで組んだマルチバイブレータの周波数は確かに１５Hzと低いので すが、この周波数がノイズ源に含まれているかどうかです。マルチバイブレータの動作で 単位時間当たりに一番電流の変化が大きい瞬間が一番ノイズを出すと考えられます。 この場合はNPNトランジスタがOff状態からOn状態へ変化する瞬間です。逆にOffからOnへの 変化に比べればOnからOffへの変化は緩やかなのでノイズは少ない。 電解コンデンサの方が効果が大きい理由はノイズの周波数成分が低い周波数まで含まれ ているが一番の理由でしょう。 ><3>発振回路をファンクションジェネレータ(FG)としたときにパスコンなしでもカウント >波形が正常動作したということは、ICのH,Lの切り変わるときの電流の変化によるノイズが >原因ではない。なぜなら、FGも無安定マルチも周波数は15Hzであり、H,Lが切り替わる >タイミングは変わらないから。この考え方は合っているか。（電流の変化によるノイズ >・・・自分でもよくこの意味がわかっていません） この推定は合っていると思います。FGの場合はON－Offの電流はこの回路のVCCから 引き出しませんがマルチバイブレータはVccから電流を引き出します。NPNトランジスタ がONになる瞬間はいままでONしていた反対側のNPNトランジスタの電流はその瞬間にすぐ Offにならないので、いままでOffだった状態からONになった瞬間は1kΩの抵抗に流れるON 電流の2倍がVccから流れます。反対側のNPNトランジスタのコレクタが電流はすぐにはOff にはならずに電流は流れ続けますが徐々にOffに向かって減少してゆきますのでVccから流れる 電流はそれに従って1倍に戻ってゆきます。 結局２つのNPNトランジスタがそれぞれOffからONになる瞬間にVccから引き出す電流が 2倍（≒（5V／1kΩ）×2＝10mA）に増加しては元の１倍の電流（5mA）に戻るという短い パルス幅で繰り返し周波数が15Hz×２＝30Hzのパルスノイズが発生していることになります。 オシロをお持ちなら、マルチバイブレータの２つのNPNトランジスタのコレクタを同時に 観測してみれば確認できると思います。 ><4>ノイズの原因はなにか。 これは<3>のところで説明しました。 ><5>電源にもパスコンをいれるべきなのか。（回路図でいうと、どのあたりに？） ノイズがマルチバイブレータの電流変化で発生しているようですので、Vccのマルチ バイブレータへ供給しているポインントとマルチバイブレータのNPNトランジスタの エミッタ（２つあるNPNトランジスタのエミッタは１つにまとめたほうが良い）の間 に入れるべきでしょうね。 ><6>その他何かアドバイスがありましたら、ご教授願います。 > 仮にこの考え方があっているとすれば、ノイズの原因は、無安定マルチバイブレータ >が絡んでいるのか。（オシロスコープ上では、FGと無安定マルチの波形に大きな違いは >ない、、、) マルチバイブレータのNPNトランジスタのコレクタ－Vcc間の抵抗1kΩは10kくらいか それ以上に大きくしてノイズ電流を減らせば誤動作もしにくくなると思います。
お礼
丁寧なアドバイス、本当にありがとうございます。 無安定マルチの動作原理に立ち戻っての考察は、非常に参考になりました！
- 86tarou
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回路図が見えないので回答になってるか分からないのですが… ＾＾； 発振回路に大きな電流が流れるような定数になっていませんか？そのせいで電源が安定せずＩＣが誤動作しているのではないかと推測します。そう解釈すると、大きなコンデンサでその変動が少なくなるので何とか動作していると辻褄が合いますし。この辺りは、電源をオシロスコープで観測すればすぐに分かると思います。もし、発振回路に問題があるようなら、抵抗やコンデンサの値等を見直してみてください。 なお、回路の電源入力部に電解コンデンサとＩＣ毎に0.1μＦのセラミックコンデンサというのが電源回路として多い構成です。
補足
素早い回答ありがとうございます!! 回路図が見にくくてすみません。 無安定マルチはコレクタにつながる抵抗が1k,ベースとつながる抵抗が100kです。ここから、コレクタに流れる電流を計算すると、 Ic=(Vcc-Vce)/R=(5-0.3)/1k=4.7mA でしょうか。この電流値は大きいのでしょうか。 また、発振回路に大きな電流が流れると、なぜ電源が安定しないのでしょうか。
お礼
無安定マルチバイブレータの立ち上がり時間、なるほど!!適切なご指摘ありがとうございます。 アドバイスの通り、オシロで立ち上がり時間を確認したところ、明確な違いが確認できました。（なぜ、気付けなかったんだろう、、、） また、シュミットトリガでの波形成形も試していたいと思います。 本当にありがとうございました。