零電完全理解(08) シュミットトリガ

(※ニコニコ動画「零からの電子工作」シリーズは私の作ではなく、剣菱P氏という別の方です。私は動画を見て学ぶ側です。)



シュミットトリガやヒステリシスの概念は、カルネージでも使いました。
例えばターゲットが100m以遠なら前進、以内なら後退、とプログラムしてしまうと、ターゲットを100mに捉えたところで前後運動をプルプルと繰り返す挙動になってしまいます。
それを回避するのが、まさにこの概念だったのでした。




零からの電子工作 第8回:シュミットトリガ
http://www.nicovideo.jp/watch/sm12872043


1)NOT回路の話。

8_01.jpg

入力が5Vの時に出力が0。
入力が0Vの時に出力が1。

そこで、
可変抵抗器を使い、0から5Vまでの電圧を好きに入力できるようにしてみる。
すると、NOT回路はどうなるか?という話。
8_03.jpg



2)あいまいな電圧範囲。

0.0〜1.3Vは0と認識、
3.5〜5.0Vあたりは、1と認識される。
その間の電圧は動作が保証されていな不安定なエリア。
なので、0から1までの電圧移動は素早くなくてはならない。

8_04.jpg
もし、2.5Vのラインに電圧が滞在すると、不安定になる。



3)実験。ロジック回路にあいまいな電圧を与えると?

8_05.jpg
入力を2.5Vのボーダーラインにすると、出力が不安定になり、LEDがうっすらと点灯することになる。



4)74HC14(シュミットトリガ付きNOT回路)

外見は普通の論理回路と同じだが、シュミットトリガという機能のついたIC。

8_07.jpg
シュミットトリガの記号。



5)シュミットトリガの原理


8_08.jpg
シュミットトリガは2種類のボーダーラインを持つ。
たとえば、
入力が0の時には、ボーダーラインは3V。3以下を0、3以上は1とみなす。
電圧がボーダーラインの3を超えると、ボーダーラインは2に切り替わる。入力は1となる。
入力が1の時には、ボーダーラインは2V。2以下を0、2以上を1とみなす。
電圧がボーダーラインの2を下回ると、ボーダーラインは3に切り替わる。入力は0となる。
以下繰り返し。

結果、
ボーダーライン上に電圧が滞在しても、挙動が安定する。



6)ヒステリシス電圧とは?

前述の仕組みを「シュミットトリガー」と言い、
ボーダーラインの赤い線の間の電圧のことを「ヒステリシス電圧」と言う。
8_09.jpg



7)具体事例。シュミットトリガーのありなしを比較した解説。

8_10.jpg
(とくに難しい部分はなく、動画を見た方が分かりやすい。)


8)シュミットトリガーに曖昧な電圧を与える実験。

8_11.jpg

可変抵抗を動かしていくが、LEDが薄く光る曖昧なゾーンはない。
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