デジタルICとは

デジタルＩＣを使ってみる

デジタルとアナログは日常でも使われる用語になりましたが、デジタルとは１，０の世界です、

ということは知られていますが、１　と　０　が何かは知らない人は案外多いものです。

となっていて、１　と　０ だけ　でその間に　0.4　とかが無いのであいまいさがないのがデジタルです。

１，０の信号だけで論理や判断を作るのがデジタル回路です。

デジタル回路では　

• １　（５Ｖ）　⇒　Ｈｉｇｈ（ハイ）
• ０　（０Ｖ）　⇒　Ｌｏｗ（ロー）　　　と呼びます。

アナログ回路から誰が最初にこんな方法を考えまとめ上げたのだろう？　と不思議ですが、 デジタル回路は論理の組み立て方が簡単です。

• ５Ｖ　⇒　Ｈｉｇｈ（ハイ）
• ０Ｖ　⇒　Ｌｏｗ（ロー）　ですが、

それでは　４．９５Ｖ　は　ＨＩＧＨ　ではないのか？
（少しぐらいズレることもあるのでしょう）

４．９５Ｖも　ＨＩＧＨです。

　なら　　　４．５Ｖは？

といわれれば　それもＨＩＧＨです。

何ボルトまでを　ＨＩＧＨ　ＬＯＷ　とみなすかは　ＩＣの種類によって異なります。

それではまず　ＮＯＴ　ゲートと呼ばれるＩＣを使ってみます（インバーターとも呼ばれる）

初めてムカデ形のＩＣを使うと、　電子回路を扱ってる！　と実感がわくものです。

「コンデンサを試す」から始る回路はややこしいですが、デジタル回路はその考え方が明快です。

ＩＣの扱い

IＣの扱いには決まった約束があります。

ピン番号

まず、ＩＣのムカデは　左右どちらかに切り欠きがあるか、または角の方に　○　がついています。

保管

保管は　むき出しのままだと、静電気で壊れてしまう種類のＩＣもあるので、種類によっては導通スポンジに刺して保管すべきものもあります。（電子部品屋でＩＣを買うと、必要なものは導通スポンジに刺してくれたりします）

ＩＣも小っさい機器なので、電源が必要です。
Ｖcc　に　５Ｖ　 と　ＧＮＤ　をつなぎます。（下の図）

ＩＣの種類

ここで使うのはゲートICと呼ばれる中のＮＯＴのもので　インバーターと呼ばれ、よくＬＥＤの点灯などに利用されます。

同じ機能のＩＣでも種類があり、　ＴＴＬ　と　ＣＭＯＳ

ＣＭＯＳで　インバーター（NOT）ＩＣの　７４HC１４　を使用します。

インバーターＩＣを使ってみる

デジタルＩＣに入るわけですが、インバーターＩＣはムカデ型のハイテクな見た目とは違い機能は単純なことしかしません。

インバーター　は　ゲートと呼ばれるデジタルＩＣの１つで、入力と反対の出力が出ます。

ＩＣも小っさい機器なので、電源が必要です。　　　Ｖcc　に　５Ｖ　　ＶｓｓにＧＮＤ　をつなぎます。

ICの足がいっぱいあり複雑に見えますが、同じNOTのゲートが６コ入っているだけ

インバーターICの機能

どんな機能か　１ピン　と　２ピン　でみると

とても単純な機能ですが、まずはこれでLEDを点灯させることをしてみます。

デジタルICの動作を試す（インバーター）

実験回路　を作ります。

ここでは電源は乾電池４本　＝　６V　にしました、充電式の１．２V電池×４本＝４．８Vでも大丈夫だと思います。（本来５Vを使うべきですが、ここではこの６Vを５V（High）　として扱います）

ICも電源が必要なのでの電源にこの電池４本を入力します。
（５V電源があればそれの方が良い）

実験回路

このように配線し、ピン２にLEDと抵抗（１KΩ程度）をつなぎ、電圧がくれば、これで光ります。

ピン２にはLEDがつないであります。

• ピン１に　０Ｖ（ＬＯＷ）を入力すると　出力ピン２が　５Ｖ（HIGH）　になりＬＥＤが点灯します。
• ピン１に　５Ｖ（HIGH）を入力すると　出力ピン２が　０Ｖ（ＬＯＷ）　になりＬＥＤが消灯します。

①５V を入力

メンドウですが、可能な人は別に乾電池４本を使用し、このようにつなげてみます。
（別電源使用の練習、できるなら一度は別電源を２つなぐのもやってみましょう　無い人は下の③の方法で）

＋側５Ｖを、ピン１に入れるため、ピン１につなげます。

その－側をどうするかというと、もう一つの電源の－につなげてしまいます。

このようにＧＮＤは全て１つにつなげてしまうのです。

>豆電球 → 電気回路図に入る
のグランドの説明でもありますが、ＧＮＤは全部一緒の下水にしてしまいます。

上の回路では　 　１ピン　にHighを入力するとゲートIC（NOT）が反対の出力にし
２ピンが　Lowとなり　０VなのでＬＥＤは点灯しません

②０Ｖを入力

今度は０Ｖを１ピンに入力します。

電源－のＧＮＤを配線でそのままピン１につないでみてください。
ＬＥＤが点灯します。

１ピン　にLowを入力するとゲートIC（NOT）が反対の出力にし
２ピンが　Highとなり　その５VでLEDが点灯します。

③再度５Ｖを入力

５Ｖの方の線を入力につないでみてください。ＬＥＤは点灯しません。
（別に入力用に電源を作りましたが、このように電源の＋から引っ張ってきて、ピン１に入力しても同じです）

ちょっとＩＣがわかったような気になるところです。

①を簡潔に回路図にするとこうなります。

電流を吸い込む

「出力が反対になるだけか」　と思いますが、次にちょっと回路を変えてみます。

ＬＥＤの配線を変え、ICの出力ピン２→GNDにつながっていたのをこのように
　電源から始まり→ICの出力ピン２に流れるように入れてしまいます。

１ピンへの入力は、電源から並列に取ってきて（点線）、１ピンにつなげます。
これで１ピンに　ＨＩＧＨ　の入力をします。

ピン１の入力にHighを入れると　さっきとは反対にLEDは点灯します。

入力に５Ｖ（ＨＩＧＨ）を入れると、出力は０（Ｌｏｗ）となりましたが、
出力は０Ｖになるだけでなく　０Ｖなので電気を吸い込むことが出来ます。

これをもう少し簡潔に、回路図らしく書くとこうなり

回路図にするとこうなります

（普段は書かない電源ラインがゲート記号に書いてあります）

記号が　下の左のようなので　回路に割り込ませる部品のように見え、入力と反対の出力を出しているだけのようですが、ちゃんとしたＩＣなので、電源がつながっていて、入力に応じてゲートを開け閉めします。

Highが１ピンに入ると、このゲートＩＣは、出力の２ピンをＧＮＤにつなげ（右図の太線）
２ピンとＧＮＤがつながり、０Ｖ（Low）となると同時に、GNDとつながるイメージです。

電源とつながって配線されたLEDは、行き先がLowになることで、GNDにつながるようなイメージで点灯します。

このように入力と反対の出力をだすのがＮＯＴ：インバーターＩＣです。

出力がＬＯＷのときは吸い込むこともできます。
・電流をピン足から出す　　 －　　ソース電流
・電流をピン足に吸い込む　－　　シンク電流　と呼びます

インバーター（NOTゲート）ＩＣの機能はコレだけです

デジタルＩＣの利用

あまり多くの電流を流せないこのようなインバーターICですが、身近で何に使うかというと マイコンなどの周りの例では　ＬＥＤの点灯回路のバッファなどに使われます。

このようにＬＥＤを吸い込みでＩＣにつなげ、別電源でLEDを点灯させます。

普通のマイコンでは直接つなぐと数mＡしか流せませんが、そのHigh 、LowでNOTゲートを操作し、このようにして別電源でもう少し大きな電流を流し、１つのＩＣで最大６コのＬＥＤを操作することができる。

同じインバーターのＴＴＬ系の74ＬＳ06　などは　多めに電流を流せるので、入力にマイコンを使い、数mAを流して　ゲートを開き、 電流を吸い込む　　の方法で、LEDを点灯させる方法です。

さらに過電流が流れたりして被害をこうむるときも、この安物ＩＣに死んでもらって、盾にして被害を止めようという利用です

デジタル信号とは

ここで、試した　５V（High）、０Ｖ（Ｌｏｗ）の２つしかないデジタル信号ですが、電圧は５Ｖ（High）でも、数mＡ～１０数mＡしか電流を流せないのが多くのデジタルICです。

こんなものを何に使うのかと言うと、命令としてデジタル信号を扱います。

信号としてのデジタル

人の仕事でも命令と実行とは組織が複雑になると　たいがい、行う人が別です。命令が入ると、その命令を受けて実行部隊が行動する。。。　だから命令は大声 でなくても小声でもちゃんと伝わればいいわけで、デジタル信号High,Lowも貧弱な電流でいいわけです。

つまり、デジタル信号の電流、電圧は命令を伝える信号で、動力のエネルギーになる電力ではもともとないのです。

実行部隊（ドライブ回路）

デジタルの信号の命令を受けて、仕事をするのが実行の回路で、命令がくれば、それを着実に実行する回路です。

その貧弱なデジタル信号の命令を受けて、モーターを回したりと仕事をする実行回路として活躍するのに使われるのが、トランジスタやリレーなどです。

命令を受けて動作をさせようとする実行部隊の回路は、ドライブ回路、駆動回路のように呼ばれます。