12 シンプルな IC 4093 回路とプロジェクトの説明

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4093 は、次の図に示すように、4 つの正論理 2 入力 NAND シュミット トリガー ゲートを含む 14 ピン パッケージです。 4 つの NAND ゲートを個別に、またはまとめて動作させることができます。

の個々の論理ゲート IC 4093 作品 次の方法で。



ご覧のとおり、各ゲートには 2 つの入力 (A と B) と 1 つの出力があります。出力は、入力ピンへの給電方法に応じて、最大電源レベル (VDD) から 0V に、またはその逆に状態を変化させます。

この出力応答は、以下に示すように、4093 NAND ゲートの真理値表から理解できます。



コンテンツ

4093 真理値表を理解する

上記の真理値表の詳細から、以下に説明するようにゲートの論理演算を解釈できます。

  • 両方の入力がロー (0V) の場合、出力はハイまたは電源 DC レベル (VDD) に等しくなります。
  • 入力 A がロー (0V) で入力 B がハイ (3 V と VDD の間) の場合、出力はハイまたは電源 DC レベル (VDD) に等しくなります。
  • 入力 B がロー (0V) で入力 A がハイ (3 V と VDD の間) の場合、出力はハイまたは電源 DC レベル (VDD) に等しくなります。
  • 入力 A と B の両方がハイ (3 V と VDD の間) の場合、出力はロー (0 V) になります。

4093 クワッド NAND シュミット トリガーの伝達特性を次の図に示します。すべての正の電源電圧 (VDD) レベルで、ゲートの伝達特性は同じ基本的な波形構造を示します。

  IC 4093 伝達特性

IC 4093 シュミット トリガーとヒステリシスについて

IC 4093 NAND ゲートの特徴の 1 つは、これらがすべてシュミット トリガーであることです。では、シュミットトリガーとは正確には何ですか?

IC 4093 シュミット トリガーは、独自の種類の NAND ゲートです。その最も便利な機能の 1 つは、着信信号にどれだけ迅速に反応するかです。

シュミットトリガーを備えた論理ゲートは、入力論理レベルが本物のレベルに達した場合にのみアクティブになり、出力をハイまたはローにします。これはヒステリシスとして知られています。

ヒステリシスを作成するシュミット トリガーの機能は重要な機能です (通常、10 V 電源を使用して約 2.0 ボルト)。

ヒステリシスをより深く理解するために、下の図 A に示す発振回路を簡単に見てみましょう。図 B は、発振回路の入力波形と出力波形を比較しています。

  IC 4093 ヒステリシス波形

図 A を見ると、ゲートのピン 1 入力が正の電圧レールにリンクされているのに対し、ピン 2 入力はコンデンサ (C) とフィードバック抵抗 (R) の接続点に接続されていることがわかります。

コンデンサは放電されたままであり、ゲートの入力と出力は両方ともゼロ電圧 (ロジック 0) であり、電源 DC が回路に対してオンに切り替えられます。

電源DCがオシレータ回路にスイッチオンされるとすぐに、ゲートのピン1は即座にハイになりますが、ピン2はローのままです。

NAND ゲートの出力は、入力状況に応じて高くスイングします (図 B の時間 t0 を確認してください)。

その結果、抵抗RとコンデンサCはVNのレベルに達するまで充電を開始します。ここで、コンデンサの電荷が VN レベルに達するとすぐに、ピン 2 が即座にハイになります。

ここで、ゲートの両方の入力が高いため (時間 t1 を参照)、ゲートの出力は低くスイングします。これにより、C は VN レベルに達するまで R を介して強制的に放電されます。

ピン#2 の電圧が VN レベルまで低下すると、ゲートの出力はハイに戻ります。この一連の出力オン/オフ サイクルは、回路に電力が供給されている限り続きます。このように回路が発振します。

タイミング グラフを見ると、入力が Vp 値に達した場合にのみ出力が低くなり、入力が VN レベルを下回った場合にのみ出力が高くスイングすることがわかります。

これは、時間間隔 t0、t1、t2、t3 などでのコンデンサの充電と放電によって決定されます。

上記の説明から、シュミット トリガーの出力は、入力が明確に定義された低レベル VN と高レベル Vp に達した場合にのみ切り替わることがわかります。明確に定義された入力電圧しきい値に応答してオン/オフを切り替えるシュミット トリガの動作は、ヒステリシスと呼ばれます。

シュミット発振回路の主な利点の 1 つは、回路の電源を入れると自動的に起動することです。

供給電圧は、回路の動作周波数を制御します。これは、12 ボルトの電源で約 1.2 MHz であり、電源が低下するにつれて低下します。 C の最小値は 100 pF で、R は 4.7k を下回らないようにする必要があります。

IC 4093 回路プロジェクト

4093 シュミット トリガー IC は、多くの興味深い回路プロジェクトの構築に使用できる汎用チップです。単一の 4093 チップ内に提供される 4 つのシュミット トリガー ゲートは、多くの有用な実装用にカスタマイズできます。

この記事では、それらのいくつかについて説明します。次のリストは、12 の興味深い IC 4093 回路プロジェクトの名前を示しています。これらのそれぞれについては、後続の段落で詳しく説明します。

  1. シンプルなピエゾドライバー
  2. 自動街路灯回路
  3. 害虫忌避回路
  4. ハイパワーサイレン回路
  5. ディレイオフタイマー回路
  6. タッチ式ON/OFFスイッチ回路
  7. レインセンサー回路
  8. 嘘発見器回路
  9. シグナルインジェクター回路
  10. 蛍光管駆動回路
  11. 蛍光管フラッシャー回路
  12. 光活性化ランプフラッシャー回路

1) シンプルなピエゾドライバー

  IC 4093 ピエゾ ドライバ回路

非常にシンプルで効果的な ピエゾ駆動回路 上記の回路図に示すように、単一の IC 4093 を使用して構築できます。

シュミット トリガー ゲート N1 の 1 つは、調整可能な発振回路として装備されています。この発振器の出力は、コンデンサ C1 の値とポット P1 の調整によって決まる周波数の方形波です。

N1 からの出力周波数は、並列に接続されたゲート N2、N3、N4 に適用されます。これらの並列ゲートは、バッファおよび電流増幅段のように機能します。それらは共に、出力周波数の電流容量を高めるのに役立ちます。

増幅された周波数は BC547 トランジスタのベースに適用され、さらに周波数を増幅して、取り付けられたピエゾ トランスデューサを駆動します。ピエゾ トランスデューサーが比較的大きな音を立て始めます。

ピエゾのラウドネスをさらに上げたい場合は、40uH を追加してみてください。 ブザーコイル ピエゾワイヤの真向かい。

2) 自動街路灯回路

  IC 4093 自動街路灯の回路図

IC 4093 のもう 1 つの優れた用途は、 簡単な自動街路灯回路 、上の図に示すように。

ここで、ゲートN1は比較器のように接続されている。これは、LDR の抵抗と R1 ポットの抵抗によって形成される抵抗分割ネットワークによって生成される電位を比較します。

この段階で、N1 は内蔵シュミット トリガーのヒステリシス機能を効果的に活用します。 LDR抵抗が特定の極端なレベルに達した場合にのみ、出力が状態を変更するようにします。

使い方

日中、LDR に十分な周囲光がある場合、その抵抗は低いままです。 P1 の設定に応じて、この低抵抗は N1 の入力ピンで低ロジックを生成し、その出力を高のままにします。

このハイは、N2、N3、N4 の並列接続によって作成されたバッファ ステージの入力に適用されます。

これらのゲートはすべて NOT ゲートとして装備されているため、出力は反転します。 N1 からの高論理は、N2、N3、N4 ゲートの出力で低論理に反転されます。この低ロジックまたは 0V は、リレー ドライバ トランジスタ T1 のベースに到達し、スイッチオフのままになります。

これにより、リレーはオフのままになり、その接点は N/C 接点に置かれます。

で構成されている電球 リレーのa接点 オフのままです。

いつ 闇セット で、LDR の照明が減少し始め、抵抗が増加します。これにより、N1 の入力の電圧が上昇し始めます。 N1 ゲートのヒステリシス機能は、この電圧が十分に高くなり、出力の状態がハイからローに変化するまで「待機」します。

N1 の出力がローになるとすぐに、N2、N3、N4 のゲートによって反転され、それらのパラレル出力でハイが生成されます。

この高値により、トランジスタとリレーがオンになり、続いて LED 電球も点灯します。このようにして、夕方や暗くなると、付属の街灯が自動的に点灯します。

翌朝、プロセスが逆になり、街灯の電球が自動的にオフになります。

3) 害虫忌避回路

  IC 4093 害虫忌避回路

安価でありながら合理的に効率的に構築しようとしている場合 ラットまたはげっ歯類忌避装置 、この簡単な回路が役立つかもしれません。

繰り返しますが、この設計も単一の IC 4093 からの 4 つのシュミット トリガー ゲートです。

構成はピエゾ ドライバー回路と非常に似ていますが、 降圧トランス .

害虫を追い払うのに適した高周波信号は、P1 を使用して慎重に調整されます。

この周波数は、トランジスタ Q1 に沿った 3 つの並列ゲートによって増幅されます。 Q1 コレクタは、6 V トランスの一次側で構成されていることがわかります。

変圧器は、変圧器の二次側の電圧仕様に応じて、周波数を 220 V または 117 V の高電圧レベルに上げます。

このブーストされた電圧は、ピエゾ トランスデューサの両端に印加され、高いピッチのノイズを生成します。この騒音は害虫にとっては非常に邪魔になる可能性がありますが、人間には聞こえない場合があります。

高周波ノイズにより、害虫は最終的にその地域を離れ、他の静かな場所に逃げます。

4) ハイパワーサイレン回路

下の図は、IC 4093 を適用して強力なシステムを構築する方法を示しています。 サイレン回路 .サイレンのトーンは、ポテンショメータ ノブで完全に調整できます。

  IC 4093 ハイパワーサイレン回路

この例の回路は、単純なセットアップにもかかわらず、確かに大きな音を出すことができます。スピーカーに電力を供給する n チャネル MOSFET がこれを可能にします。

この特定の MOSFET の出力ドレインからソースへの抵抗はわずか 3 ミリオームで、CMOS ロジック回路を使用して直接動作させることができます。さらに、そのドレイン電流は 1.7 A に達する可能性があり、ドレイン - ソース間電圧のピークは 40 V です。

MOSFET は本質的に破壊されないため、ラウドスピーカーを直接ロードしても問題ありません。

回路の制御は、ENABLE 入力をロジック High にするのと同じくらい簡単です (これは、デジタル ソースの代わりに通常のスイッチを介して実装することもできます)。

ゲート N2 は、ピン 5 の入力がハイになると、シュミット トリガ N1 からのパルスの結果として発振します。ゲート N2 の出力は、 MOSFET N3 を中心に構築されたスルー バッファー ステージ。プリセット P1 により、N2 の周波数を変調できます。

5) ブザー付ディレイオフタイマー

  IC 4093 ブザー回路付ディレイオフタイマー

IC 4093 は、便利でありながらシンプルなシステムを構築するためにも使用できます。 ディレイオフタイマー回路 、上の図に示すように。電源をオンにすると、ピエゾブザーが鳴り始め、タイマーが設定されていないことを示します。

プッシュONを一瞬押すとタイマーがセットされます。

プッシュ ボタンが押されると、C3 が急速に充電され、関連する 4093 ゲートの入力にハイ ロジックが適用されます。これにより、ゲートの出力がローまたは 0 V になります。この 0 V は、ゲート N1 の周りに構築された発振器ステージの入力に適用されます。

この 0 V は、ダイオード D1 を介して N1 ゲート入力を 0 V に引き下げ、それを無効にするため、N1 は発振できなくなります。

N1 の出力は、N2 と N3 の並列入力に供給される出力で、入力論理ゼロを論理ハイに反転します。

N2 と N3 は、トランジスタのベースでこのロジック ハイをロジック 0 に再び反転させ、トランジスタとピエゾがオフのままになるようにします。

所定の遅延の後、コンデンサ C3 は R3 抵抗を通して完全に放電します。これにより、関連するゲートの入力に論理ローが現れます。このゲートの出力が高くなります。

これにより、N1 の入力から論理ゼロが取り除かれます。ここで、N1 が有効になり、高周波出力の生成を開始します。

この周波数は、N2、N3、およびピエゾ素子を駆動するトランジスタによってさらに増幅されます。ピエゾは、遅延オフ時間が経過したことを示すブザーを鳴らし始めます。

6) アクティブ化されたスイッチに触れる

次のデザインは、 シンプルなタッチ作動スイッチ 単一の 4093 IC を使用。回路の動作は、次の説明で理解できます。

  IC 4093 タッチ作動スイッチ回路

N1 の入力のコンデンサ C1 のために電源が投入されるとすぐに、N1 の入力のロジックは接地電圧に引きずられます。これにより、N1 および N2 フィードバック ループがこの入力でラッチアップします。これにより、N2 の出力で 0 V ロジックが作成されます。

0 V ロジックは、最初の電源スイッチ ON の間、出力リレー ドライバ ステージをアイドル状態にします。

ここで、トランジスタ T1 のベースに指が触れているとします。トランジスタはすぐにオンになり、N1 の入力で C2 と D2 を介して高論理信号を生成します。

C2 は急速に充電され、その後のタッチによる誤った起動を防ぎます。これにより、手順がデバウンス効果によって妨げられないことが保証されます。

上記の論理ハイは、N1/N2 の状態を即座に反転させ、それらをラッチして正の出力を生成します。リレー駆動ステージと関連する負荷は、この正の出力によってオンになります。

ここで、次に指が接触すると、回路が元の位置に戻るはずです。 N4 は、この機能を実現するために使用されます。

回路が元の状態に戻ると、C3 は着実に (数秒で) 充電され、N3 の適切な入力に論理ローが現れます。

ただし、N3 のもう一方の入力は、接地されている抵抗 R2 によって既に論理ローに保たれています。 N3 は完全にスタンバイ状態になり、次の着信タッチ トリガーの「準備完了」になります。

7) レインセンサー

IC 4093 は、完全に構成することもできます。 レインセンサー回路 ブザー用発振器付き。

  IC 4093 レインセンサー回路

回路に電力を供給するために 9 V バッテリを使用できます。使用電流が非常に少ないため、最低 1 年間は使用できます。 1年経過後は自己放電により信頼性がなくなりますので交換が必要です。

最も単純な形式のデバイスは、雨または水検出器、R-S 双安定、発振器、および警告ブザーの駆動ステージで構成されます。

破棄された 40 x 20 mm の回路基板片は、水センサーとして機能します。有線接続を使用して、PCB のすべてのトラックを結合できます。トラックの腐食を防ぐために、スズメッキをすることをお勧めします。

電源がオンになると、R1 と C1 の直列ネットワークを介して双安定がすぐに有効になります。

センサー PCB 上の 2 セットのトラック間の抵抗は、乾燥している限り非常に高くなります。ただし、水分を検知すると急激に抵抗値が下がります。

センサーと抵抗器 R2 は直列に接続されており、それらの 2 つを組み合わせて、湿度に依存する分圧器を作成します。 N2 の入力 1 が低くなるとすぐに、R-S 双安定がリセットされます。その結果、オシレータ N3 がオンになり、ドライバ ゲート N4 がブザーを作動させます。

8) 嘘発見器

上記の回路を使用する別の優れた方法は、嘘発見器の形である可能性があります。

嘘発見器の場合、センシング エレメントは、端部を剥がして錫メッキした 2 本のワイヤに置き換えられます。

質問されている人は、しっかりと保持するために裸のワイヤーを与えられます。ターゲットが嘘をついた場合、ブザーが鳴り始めます。この状況は、緊張と罪悪感のために人のグリップに発生する湿気が原因で引き起こされます。

R2 の値によって回路の感度が決まります。ここでいくつかの実験が必要になる場合があります。

スイッチ S1 をオンにロックすることにより、オシレータ (したがってブザー) をオフにすることができます。

9) シグナルインジェクター

4093 IC は、オーディオ インジェクタ回路のように機能するように効果的に構成できます。このデバイスは、オーディオ回路段階の不良部品のトラブルシューティングに使用できます。

独自のサウンド システムを修正しようとしたことがある場合は、シグナル インジェクタの機能に十分に精通している可能性があります。

素人向けのシグナルインジェクターは、オーディオ周波数をテスト対象の回路に送り込むために作成された基本的な方形波ジェネレーターです。

回路内の障害のあるコンポーネントを検出および識別するために使用できます。シグナル インジェクタ回路を使用して、AM/FM レシーバの RF セクションを調査することもできます。

  IC 4093 シグナルインジェクター回路

上の図は、Signal Injector の概略図を示しています。回路の発振器または方形波発生器セクションは、単一のゲート(IC1a)を中心に構成されています。

コンデンサ C1 と抵抗 R1/P1 の値によって、発振器の周波数が設定されます。これは、約 1 kHz になる可能性があります。発振器段の P1 と C1 の値を調整することで、回路の周波数範囲を変更できます。

回路の 方形波出力 供給電圧レール全体でオン/オフを切り替えます。 6 ボルトから 15 ボルトまでの範囲の電源電圧を使用して、回路に電力を供給できます。

ただし、9Vバッテリーも使用できます。ゲートN1の出力はIC4093の残りの3つのゲートと直列に相互接続される。これらの3つのゲートは互いに並列に接続されていることが分かる。

この構成により、発振器の出力は適切にバッファリングされ、テスト対象の回路に適切に供給できるレベルまで増幅されます。

シグナル インジェクターの使用方法

インジェクタを使用して回路のトラブルシューティングを行うには、コンポーネント全体に信号を後から前に注入します。インジェクタを使用して AM ラジオのトラブルシューティングを行うとします。インジェクタの周波数を出力トランジスタのベースに適用することから始めます。

トランジスタとそれに続く他の部品が正常に動作している場合、信号はスピーカーから聞こえます。信号が聞こえない場合、インジェクターの信号は、スピーカーから音が出るまでスピーカーに向かって転送されます。

この点の直前の部分が最も故障している可能性が高いと考えられます。

10) 蛍光管ドライバー

  IC 4093 蛍光管駆動回路

上の図は、 蛍光灯インバーター IC 4093 を使用した回路図設計。この回路は、2 つの 6 ボルト充電式バッテリーまたは 12 ボルト自動車用バッテリーを使用して蛍光灯に電力を供給するために使用できます。

いくつかの小さな調整を行うと、この回路は前の回路と実質的に同じになります。

既存のフォーマットでは、Q1 はバッファリングされた発振器出力を使用して、飽和とカットオフから交互に切り替えられます。

T1 の一次側は、ステップアップ トランスの 1 つの端子に接続されている Q1 のコレクタ スイッチングの結果として、上昇および下降する磁場を経験します。

その結果、T1 の二次巻線は、かなり大きな変動電圧の誘導を受けます。

蛍光管は T1 の 2 次側で生成された電圧を受け取り、ちらつきなくすばやく点灯します。

6 ワットの蛍光灯は、12 ボルト電源を使用する回路によって駆動される場合があります。 2 つの 6 ボルト充電式湿電池を使用すると、回路の消費電流はわずか 500 mA です。

したがって、1回の充電で数時間の動作が可能です。ランプは、117 ボルトまたは 220V の AC 電源で電力を供給されている場合とはかなり異なる動作をします。

チューブは高電圧振動で通電されるため、スターターや予熱器は必要ありません。出力トランジスタは、回路を構築する際にヒートシンクに取り付ける必要があります。トランスは、一次側が 220V または 120V、二次側が 12.6V、450mA で、非常に小型にすることができます。

11) 蛍光フラッシャー

  IC 4093 蛍光フラッシャー回路

上の図に示されている蛍光フラッシャーには、基本的な 4093 オシレーター回路と 4093 蛍光灯ドライバー回路の両方のステージが組み込まれています。

2 つのオシレータとアンプ/バッファ ステージで構成されるこの設計は、次のように実装できます。 点滅警告灯 車両用。図からわかるように、ここでは、増幅器/バッファ段 N3 の 1 つのピン配置が、第 1 発振器 (N1) の出力に接続されています。

N2 の周りに構築された 2 番目のオシレータは、アンプのもう一方の脚 (N3) に入力を提供します。 2 つのオシレータから独立した RC ネットワークは、それらの動作周波数を定義します。トランジスタ Q1 の助けを借りて、システムは周波数変調スイッチング出力を生成します。

このスイッチング出力は、トランス T1 の二次巻線に高電圧パルスを誘導します。その出力は、IC1c に供給される両方の信号がハイになるとすぐにローになります。この Low によって Q1 がオフになり、最終的にランプが点滅し始めます。

12) 光作動式ランプフラッシャー

  IC 4093 光作動ランプフラッシャー回路

上記の光トリガー蛍光フラッシャーは、以前の IC 4093 蛍光フラッシャー回路をアップグレードしたものです。以前の 4093 フラッシャー回路は再構成されており、ドライバーが近づいてきてヘッドランプで LDR を照らすとすぐにちらつきを開始します。

LDR R5 は、回路内の光センサーとして機能します。ポテンショメータ R4 は、回路の感度を調整します。これを微調整して、10 ~ 12 フィートの距離から LDR 上で光ビームをフラッシュすると、蛍光灯が点滅し始めるようにする必要があります。

さらに、ポテンショメータ R1 は、光源が LDR から取り外されたときにフラッシャーが自動的にオフになるように調整されています。