第９章　デジタル回路

デジタル回路

パルス回路

（Pulse Circuit） パルス波形は広い意味で正弦波以外の波形で、一定間隔ごとに同一波形 を繰り返す周期的なものをさす。最も基本的な波形が矩形パルス波である。 このような波形を発生したり変形したり、または応用する回路をさす。 微分回路、積分回路、(単安定、双安定)マルチバイブレータ回路、同期回路、クリッ パ、リミッタ回路、ゲート回路、トリガ回路、他

論理回路

（Logical Circuit）、論理演算 （Logical Operation）

デジタル回路では“_{0”または“1”という値だけなので、数や文字記号の間の} 関係を論理的に求める論理代数とは相性がよい。この論理演算を実行する ための回路を論理回路という。

OR回路、 AND回路、NOT回路、NAND回路、NOR回路、 他

順序回路

（Logical Circuit）、論理演算 （Logical Operation）

論理回路は記憶能力を持たないので、入力値によって出力が決定するが、 順序回路は論理回路と異なって記憶能力を持ち、回路の状態と入力の双方 の要素で出力が決定される。

パルス回路

パルスは計測周期を決めるトリガや、 マイコンの動作クロックなど様々な回路 の基本動作を決める重要な回路である。 実験計測では、図のようなファンクショ ンジェネレータを用いてパルスの発生を 行う。

マルチバイブレータは二段の増幅回路 を結合回路によって正帰還を施した回路 で、自走型の非安定、トリガによる単発 パルス発生の単安定型、ONトリガとOFF トリガを要する双安定型の３種がある。 結合回路 結合回路 増幅回路 増幅回路 入力 出力 入力 自走型の出力波形 単安定型の出力波形とトリガパルス 双安定型の出力波形とトリガパルス

マルチバイブレータ

回路の動作原理 出力波形

各点での出力波形 回路図 v_b1 v_b2 v_{c1 vc2} i_b1 i_b2 R_c1 R₁ R₂ R_c2 C₁ C₂ E_{c E} c E_c E_c E_c 0 0 0 0 v_c2 v_c1 v_b1 v_b2

自走形非安定マルチバイブレータ

R_DとC_Dによる微分回路とダイオード_Dを用いた 入力トリガ発生回路もつマルチバイブレータ

R_DとC_Dによる微分回路とダイオード_D1および_D2 を用いた入力トリガ発生回路 をもつ実用形マル チバイブレータ

実用形双安定マルチバイブレータ

入力信号の上の電圧レベルと横切った点をONトリガ点とし、これに続く下

の電圧レベルと横切った点を_{OFFトリガ点として、その間にパルスを作り出}

す回路で、双安定マルチバイブレータ（フリップフロップ）の変形。

順方向クリッパ

逆方向クリッパ

v

_o

R

D

v

_i

E

E

v_o

t

v_i

0

v

_o

R

D

v

_i

E

E

t

v

_i

0

v_o

波形整形回路（ダイオードクリッパ）

v_o R v_i E₁ D₁ E₂ D₂ t v_i

0

E₁ E₂ v_o t v_i 0 v_o ダイオードリミッタ v_o

R

v_i ZD ZD ツェナダイオードリミッタ

波形整形回路（リミッタ回路）

E₂ t v_i 0 v_o R v_i E₁ D₁ E₂ D₂ R v_i D₁

D

₂ v_o v_o E₁ t v_i 0 v_o

波形整形回路（ダイオードスライサ）

t 0 v_o R C v_{i D} v_o R C v_{i D} t 0 2v t 0 v v 2v 入力波形 出力波形 出力波形 v_i v_o

波形整形回路（クランパ）

C D v_out R v_in R_L v_G V 0 入力信号 ゲートパルス 出力信号

ゲート回路

利得A～1の非反転増幅器とCR回路で構成され、正帰還がかかっている。 （注：ミラー積分は負帰還）出力電圧v_oはコンデンサCの端子電圧と等しいの で_{P点とQ点は等電位になり、}V  Ri = 0、すなわちV = Riとなる。t =0でス イッチ_{Sを開くとCには電流にによる充電が行われ、}v_c（₌ v_o）は、 となる。 1 1 c o v v idt C Vdt CR V t CR    





ブートストラップ回路

論理回路

論理回路とはブール代数（デジタル回 路ではHとL、１と０を表す）の演算を行 う回路をさす。

A B C A B C + A B C + A A AND回路 OR回路 NOT回路 真理値表 真理値表 真理値表 記号 記号 記号 C=A･B C=A+B A B C A A

論理回路（

_{AND、OR、NOT）}

 A A B A B A B C 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 A B C 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 A A 0 1 1 0

真理値表 真理値表 C=A･B C=A+B 記号 A B C 記号 A B C NAND回路 NOR回路

not （A and B）

not （A or B） A B C + A B C +

論理回路（

_{NAND、NOR）}

 A B A B A B C 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B C 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

XNOR: Exclusive NOR A･B =A･B A B C A B C A Z A+B =A+B A =Z XOR:排他的和 （Exclusive OR） Aそのもの

論理回路（その他）

A B A B A A B C 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B C 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 A Z 0 0 1 1 真理値表 真理値表 真理値表 A+B =C

NOR回路によるRS-FlipFlop S Q R Q S Q R Q 1 0 1 0 1 0 1 0 S R Q Q “1”を 記憶 “0”を 記憶 t＝0 NAND回路によるRS-FlipFlop S＝“1”でQは“1”、 Qは“0”。次にRが加 えられて“1”になる とQは“0”、Qは“1”。 1 0 1 0 1 0 1 0 S R Q Q “1”を 記憶 “0”を 記憶 t＝0 S＝“0”でQは“1”、 Qは“0”。次にreset 入力Rが “0”になる とQは“0”、Qは“1”。

RS-フリップフロップ

S R Q 0 0 記憶 0 1 0 1 0 1 1 1 不定 S R Q 0 0 不定 0 1 1 1 0 0 1 1 記憶

1 0 1 0 1 0 1 0 D CLK Q Q Dはデータを意味し、CLKは クロック入力である。_CLKの 立上がった時のデータが通 過し、データの切れた最初の CLKでOFF。 CLK Q Q D D-フリップフロップ CLK Q Q J K JK-フリップフロップ JKフリップフロップではJが “1”でKが“0”のときQは“1” で、J、_{Kが逆のときはQが“0”。} J、_{Kともに“1”のとき、出力Q} が前の状態と反転する。Qが “1”のときは“0”、“0”のときは “1”。 1 0 1 0 1 0 1 0 K CLK Q Q J 1 0

D-フリップフロップ、JK-フリップフロップ

S CLR Q 0 0 0 1 1 0 0 1（立上） 0 1 1（立上） 0 J K Q 0 0 記憶 0 1 0 1 0 1 1 1 反転

カウンタは、数を数える機能をもつ順序回路で、入出力が “_{0” “1”の2値を} とる。順序回路等を用いて普通に_{1、2、3･･･と数えることができないので、10} 進数を_{2進数に変換する。} 1桁は2進数の情報の単位：ビット（_{bit、binary、digit）} 8ビットの情報は8桁の2進数で表される情報：1バイト 10進数の“365”は 3×102 _{+ 6×10 + 5 を表している。一方、2進数の} “_{10010011”は10進数の“147”を表している。} 1×27 _{+ 0×2}6 _{+ 0×2}5 _{+ 1×2}4 _{+ 0×2}3 _{+ 0×2}2 _{+ 1×2}1 _{+ 1×2}0 _{= 147} 1ビットの2進カウンタ回路（a）とタイムチャート（b）は図のようになる。

D

Q

CLK

Q

出力 入力 （_{a） 回路構成} （_{b） タイムチャート} 1 0 1 0 入力 出力

カウンタ回路

D Q CLK _Q 出力 入力 D Q CLK _Q D Q CLK _Q D Q CLK _Q Q₀ Q_{1 Q} 3 Q₂ 1 0 1 0 入力 Q₀ 1 0 Q₁ 1 0 Q₂ 1 0 Q₃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

4bitカウンタ回路

1bitの2進カウンタ 回路を_{4個接続する} と、_{4bitのカウンタを} 構成することができ る 。 こ の 回 路 は_{0 ～} 15までの数を数える ことができる。

1 0 1 0 入力 1 0 Q₀ 1 0 Q₁ 1 0 Q₂ “1” “1” “0” “0” “1” “1” “0” “0” 0 Q₃ 1 CLK D Q CLK _Q 出力 入力 D Q CLK _Q D Q CLK _Q D Q CLK _Q Q₀ Q_{1 Q} 3 Q₂ CLK

シフトレジスタ

クロックが入力されるごと に、データが_{1bitだけ左右} にシフトする回路をシフトレ ジスタという。レジスタ回路 はデータを一時的に記憶 する回路で、_{1bitのレジス} タは_{1個のフリップフロップ} で構成でき、n個のフリップ フロップを並べるとnbitの レジスタが構成できる。