IC 4017、IC 4093、およびIC 4013を中心に、5つのシンプルで効果的な電子トグルフリップフロップスイッチ回路を構築できます。これらをどのように実装できるかを見ていきます。 リレーを交互にONOFF 、これにより、ファン、ライト、または同様のアプライアンスなどの電子負荷が、押しボタンを1回押すだけで切り替わります。

フリップフロップ回路とは

フリップフロップリレー回路は、双安定回路 ONまたはOFFの2つの安定したステージがあるコンセプト。実際のアプリケーション回路で使用すると、外部のオン/オフ切り替えトリガーに応答して、接続された負荷をオン状態からオフ状態に、またはその逆に交互に切り替えることができます。

次の例では、4017ICおよび4093ICベースのフリップフロップリレー回路の作成方法を学習します。これらは、押しボタンを介して代替トリガーに応答し、それに応じてリレーと負荷をオン状態からオフ状態に、またはその逆に交互に操作するように設計されています。

ほんの一握りの他の受動部品を追加することにより、回路を手動または電子的に後続の入力トリガーを介して正確に切り替えることができます。

これらは、手動または電子ステージのいずれかで外部トリガーを介して操作できます。

1）IC4017を使用したシンプルな電子トグルスイッチフリップフロップ回路

最初のアイデアは、IC 4017を中心に構築された便利な電子フリップフロップトグルスイッチ回路について説明しています。ここでのコンポーネント数は最小限であり、得られる結果は常に基準に達します。

この図を参照すると、ICが標準構成に配線されていることがわかります。つまり、出力でHighのロジックが、印加されたクロックの影響で1つのピンから別のピンにシフトします。ピン＃14 。

クロック入力での代替トグルはクロックパルスとして認識され、出力ピンで必要なトグルに変換されます。全体の操作は、次の点で理解できます。

パーツリスト

R4 = 10K、
R5 = 100K、
R6、R7 = 4K7、
C6、C7 = 10µF / 25V、
C8 = 1000µF / 25V、
C10 = 0.1、DISC、
すべてのダイオードは1N4007であり、
IC = 4017、
T1 = BC 547、T2 = BC 557、
IC2 = 7812
変圧器= 0-12V、500ma、エリア仕様ごとの入力。

使い方

ピン＃14のすべてのロジックハイパルスに応答して、IC 4017の出力ピンが＃3から＃11の順に3、4、2、7、1、5、6の順序でハイに切り替えられることがわかっています。 9、10、および11。

ただし、上記のピンのいずれかをリセットピン＃15に接続するだけで、この手順をいつでも停止して繰り返すことができます。

たとえば（この場合）、ICのピン＃4はピン＃15に接続されているため、シーケンスは制限され、シーケンス（ロジックハイ）に達するたびに初期位置（ピン＃3）に戻ります。ピン＃4とサイクルが繰り返されます。

これは単に、シーケンスがピン＃3からピン＃2に前後に切り替わることを意味し、典型的なトグルアクションを構成します。この電子トグルスイッチ回路の動作は、以下のようにさらに理解することができる。

T1のベースに正のトリガーが適用されるたびに、ICのピン＃14が導通してグランドにプルダウンされます。これにより、ICがスタンバイ位置になります。

トリガーが取り外されると、T1は導通を停止し、ピン＃14はR1から正のパルスを即座に受信します。 ICはこれをクロック信号として認識し、出力を最初のピン＃3からピン＃2にすばやく切り替えます。

次のパルスでも同じ結果が得られるため、出力はピン＃2からピン＃4にシフトしますが、説明したように、ピン＃4はリセットピン＃15に接続されているため、状況はピン＃3（初期点）に戻ります。。

したがって、この手順は、T1が手動または外部回路を介してトリガーを受信するたびに繰り返されます。

ビデオクリップ：

複数の負荷を制御するための回路のアップグレード

次に、上記のIC 4017の概念をアップグレードして、1つの押しボタンで10個の可能な電気負荷を操作する方法を見てみましょう。

アイデアはDheeraj氏から要求されました。

回路の目的と要件

インドのアッサム出身のDhirajPathakです。

下の図のように、次の操作を行う必要があります-

ACスイッチS1を初めてオンにすると、AC負荷1がオンになり、S1がオフになるまでオン状態のままになります。この操作中、AC負荷2はオフのままにする必要があります
2回目にS1が再びオンになると、AC負荷2がオンになり、S1がオフになるまでオンのままになります。この操作中、AC負荷1はオフのままにする必要があります
3回目にS1が再びオンになると、両方のAC負荷がオンになり、S1がオフになるまでオンのままになります。 4回目にS1がオンになると、手順1、2、3で説明したように動作サイクルが繰り返されます。

私の意図は、このデザインを私の賃貸アパートの私のシングルリビングルームで使用することです。部屋には配線が隠されており、ファンは屋根の中央にあります。

ライトは、部屋のセンターライトとしてファンと平行に接続されます。屋根の中央に追加の電源コンセントはありません。利用可能なコンセントはファン専用です。

配電盤からセンターライトまで別々のワイヤーを配線したくありません。したがって、電源の状態（オン/オフ）を検出し、それに応じて負荷を切り替えることができる論理回路を設計することを考えました。

センターライトを使用するために、ファンを常にオンにしておきたくありません。その逆も同様です。

回路の電源がオンになるたびに、最後の既知の状態が回路の次の動作をトリガーする必要があります。

デザイン

上記の機能を実行するようにカスタマイズされた単純な電子スイッチ回路を、MCUなしで以下に示します。ベル押しボタン式スイッチは、接続されたライトとファンのシーケンシャルスイッチングを実行するために使用されます。

設計は自明ですが、回路の説明に疑問がある場合は、コメントで明確にしてください。

押しボタンのない電子スイッチ

Dheeraj氏から受け取った要求とフィードバックに従って、上記の設計を変更して、押しボタンなしで機能するようにすることができます。つまり、メイン入力側にある既存のON / OFFスイッチを使用して、指定されたトグルシーケンスを生成します。。

更新されたデザインは、以下の図で確認できます。

もう一つの興味深いオンオフリレーボタン1つで魔女を1つのIC4093で構成できます。以下の説明で手順を学びましょう。

2）IC4093を使用した正確なCMOSフリップフロップ回路

IC4093ピン配列の詳細

パーツリスト

R3 = 10K、
R4、R5 = 2M2、
R6、R7 = 39K、
C4、C5 = 0.22、DISC、
C6 = 100µF / 25V、
D4、D5 = 1N4148、
T1 = BC 547、
IC = 4093、

2番目の概念は、かなり正確な回路を作ることができるということです IC4093の3つのゲートを使用。この図を見ると、N1とN2の入力が結合されて、NOTゲートのように論理インバーターを形成していることがわかります。

つまり、論理レベルそれらの入力に適用されると、それらの出力で反転されます。また、これら2つのゲートは直列に接続されてラッチ構成 R5を介したフィードバックループの助けを借りて。

N1とN2は、入力で正のトリガーを検出するとすぐにラッチします。基本的に、後続の入力パルスごとにこのラッチを交互に遮断するために、別のゲートN3が導入されています。

回路の機能は、以下の説明でさらに理解できます。

使い方

トリガー入力でパルスを受信すると、N1は迅速に応答し、その出力は状態を変化させ、N2も状態を変化させます。

これにより、N2の出力がハイになり、（R5を介して）N1の入力にフィードバックを提供し、両方のゲートがその位置でラッチします。この位置で、N2の出力はロジックハイでロックされ、先行する制御回路がリレーと接続された負荷をアクティブにします。

高出力もゆっくりとC4を充電するため、ゲートN3の1つの入力がハイになります。この時点で、N3の他の入力はR7によってロジックローに保持されます。

これで、トリガーポイントのパルスにより、この入力も瞬間的にハイになり、出力が強制的にローになります。これにより、N1の入力がD4を介してグランドに引き込まれ、即座にラッチが解除されます。

これにより、N2の出力がローになり、トランジスタとリレーが非アクティブになります。これで回路は元の状態に戻り、次の入力トリガーで手順全体を繰り返す準備が整いました。

3）IC4013を使用したフリップフロップ回路

今日の多くのCMOSICの迅速な入手可能性により、非常に複雑な回路の設計が子供の遊びになり、新しい愛好家がこれらの素晴らしいICで回路を作ることを楽しんでいることは間違いありません。

そのようなデバイスの1つはIC4013であり、これは基本的にデュアルDタイプのフリップフロップICであり、提案されたアクションを実装するために個別に使用できます。

要するに、ICは2つの内蔵モジュールを搭載しており、いくつかの外部受動部品を追加するだけで簡単にフリップフロップとして構成できます。

IC4013ピン配列機能

ICは以下の点で理解できます。

個々のフリップフロップモジュールは、次のピン配列で構成されています。

QおよびQdash =補完的な出力
CLK =クロック入力。
データ=無関係なピン配列。正の供給ラインまたは負の供給ラインのいずれかに接続する必要があります。
セットとリセット =出力条件の設定またはリセットに使用される相補的なピン配列。

出力QとQdashは、セット/リセットまたはクロックピン出力入力に応答して、論理状態を交互に切り替えます。

CLK入力にクロック周波数が印加されると、クロックが繰り返されている限り、出力QとQdashの状態が交互に変化します。

同様に、QおよびQdashステータスは、正の電圧源でセットピンまたはリセットピンを手動でパルスすることによって変更できます。

通常、セットピンとリセットピンは、使用しないときはグランドに接続する必要があります。

次の回路図は、フリップフロップ回路として使用でき、意図したニーズに適用できる簡単なIC4013のセットアップを示しています。

必要に応じて両方を使用できますが、どちらか一方のみを使用する場合は、もう一方の未使用セクションのセット/リセット/データピンとクロックピンが適切に接地されていることを確認してください。

上記で説明した4013ICを使用した、実際のアプリケーションのフリップフロップ回路の例を以下に示します。

FlipFlp回路の主電源障害バックアップとメモリ

上記で説明した4013設計の主電源障害メモリとバックアップ機能を含めることに関心がある場合は、次の図に示すように、コンデンサバックアップを使用してアップグレードできます。

見てわかるように、ICの供給端子に高値のコンデンサと抵抗ネットワークが追加され、コンデンサ内部に蓄積されたエネルギーがICのみに供給され、他の外部には供給されないようにするためのダイオードもいくつか追加されています。ステージ。

主電源のACに障害が発生すると、2200 uFのコンデンサが着実に非常にゆっくりと、蓄積されたエネルギーをICの電源ピンに到達させ、ICの「メモリを存続」させ、主電源が使用できないときにラッチ位置がICによって記憶されるようにします。。

主電源が戻るとすぐに、ICは以前の状況に従ってリレーに元のラッチ動作を提供し、主電源がないときにリレーが以前のスイッチオンステータスを失うのを防ぎます。

4）IC741を使用したSPDT電子220Vトグルスイッチ

トグルスイッチとは、必要に応じて電気回路のオンとオフを交互に切り替えるために使用されるデバイスのことです。

通常はメカニカルスイッチこのような操作に使用され、電気的スイッチングが必要な場所で広く使用されています。ただし、機械式スイッチには1つの大きな欠点があります。それらは摩耗しやすく、スパークやRFノイズを生成する傾向があります。

ここで説明する簡単な回路は、上記の操作の電子的な代替手段を提供します。シングルを使用するアンプでそして他のいくつかの安価な受動部品、非常に興味深い電子トグルスイッチを構築して、前述の目的に使用することができます。

回路も機械的入力デバイスを採用していますが、この機械的スイッチは小さなマイクロスイッチであり、提案されたトグル動作を実装するために交互に押す必要があります。

マイクロスイッチは用途の広いデバイスであり、機械的ストレスに対して非常に耐性があるため、回路の効率に影響を与えません。

回路の機能

この図は、主要部分として741オペアンプを組み込んだ単純な電子トグルスイッチ回路設計を示しています。

ICは高利得アンプとして構成されているため、その出力はロジック1またはロジック0のいずれかに交互にトリガーされやすい傾向があります。

出力電位のごく一部がオペアンプの非反転入力に戻されます

押しボタンを操作すると、C1はオペアンプの反転入力に接続します。

出力がロジック0であると仮定すると、オペアンプはすぐに状態を変更します。

これで、C1はR1を介して充電を開始します。

ただし、スイッチを長時間押し続けると、C1は部分的にしか充電されず、C1が解放されたときにのみ、C1は充電を開始し、供給電圧レベルまで充電を続けます。

スイッチが開いているため、C1が切断され、出力情報を「保持」するのに役立ちます。

ここでスイッチをもう一度押すと、完全に充電されたC1の両端の高出力がオペアンプの反転入力で利用可能になり、オペアンプは再び状態を変更して出力にロジック0を作成し、C1が放電を開始して元の状態への回路の位置。

回路が復元され、上記のサイクルの次の繰り返しの準備が整います。

出力は標準ですトライアックトリガーの設定接続された負荷の関連するスイッチング動作のためにオペアンプの出力に応答するために使用されます。

パーツリスト

R1、R8 = 1M、
R2、R3、R5、R6 = 10K、
R4 = 220K、
R7 = 1K
C1 = 0.1uF、
C2、C3 = 474 / 400V、
S1 =マイクロスイッチプッシュボタン、
IC1 = 741
トライアックBT136

5）トランジスタ双安定フリップフロップ

この5番目で最後のフロップフロップ設計では、1つの押しボタントリガーで負荷のオン/オフを切り替えるために使用できるトランジスタ化されたフリップフロップ回路をいくつか学習します。これらはトランジスタ双安定回路とも呼ばれます。

トランジスタ双安定という用語は、回路が外部トリガーと連動して、オン状態とオフ状態の2つの状態で（永続的に）安定する回路の状態を指します。したがって、双安定という名前は、オン/オフ状態のいずれかで安定することを意味します。

回路のこのオン/オフの安定した切り替えは、通常、機械的な押しボタンまたはデジタル電圧トリガー入力を介して行うことができます。

次の2つの回路例を使用して、提案されている双安定トランジスタ回路を理解しましょう。

回路動作

最初の例では、非常によく似た単純な交差結合トランジスタ回路を見ることができます。単安定マルチバイブレータここで意図的に欠落しているベースから正の抵抗への構成を除く構成。

“ローパスオペアンプフィルター ”

トランジスタの双安定機能を理解するのはかなり簡単です。

電源を入れるとすぐに、成分値とトランジスタの特性のわずかな不均衡に応じて、一方のトランジスタが完全にオンになり、もう一方のトランジスタが完全にオフになります。

右側のトランジスタが最初に導通すると仮定すると、左側のLED、1k、および22uFコンデンサを介してバイアスがかかります。

右側のトランジスタが完全に切り替わると、左側のトランジスタは完全にオフになります。これは、そのベースが右側のトランジスタのコレクタ/エミッタ間の10k抵抗を介してグランドに保持されるためです。

上記の位置は、回路への電力が維持されている限り、またはプッシュオンスイッチが押されるまで、安定して永続的に保持されます。

示されている押しボタンを瞬間的に押すと、左側の22uFコンデンサはすでに完全に充電されているため応答を示すことができませんが、放電状態にある右側の22uFは自由に導通する機会があり、より強いバイアスを提供します。左側のトランジスタは即座にオンになり、状況を好転させます。右側のトランジスタは強制的にシャットオフされます。

上記の位置は、プレスボタンがもう一度押されるまでそのまま保持されます。プッシュスイッチを瞬間的に作動させることにより、トグルを左から右のトランジスタに、またはその逆に交互に切り替えることができます。

接続されたLEDは、双安定動作によりアクティブにされるトランジスタに応じて交互に点灯します。