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# coding: utf-8

# オリジナルの作成：2016/02/07

# # J1-ディスクリート555を試す
# ## ディスクリート555の作成
# トラ技2016/01で紹介されたタイマーIC NE555をトランジスタで再現したディスクリート555を作ってみました。
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# <img src="images/J1/disc-555_demo.png" width="300" />
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# ### ディスクリート555の回路
# トラ技の図３からディスクリート555の回路を引用します。
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# <img src="images/J1/fig-3.png" width="500" />
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# ユニバーサル基板のパターンも図８より引用します。トランジスタの赤線はPNPの2SA1015で、 黒線がNPNの2SC1815です。 *1
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# <img src="images/J1/fig-8.png" width="400" />
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# このパターンをいつものようにテクノペンで回路を書いて作成しました。 
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# <img src="images/J1/desc_555_ptrn.png" width="300" />

# ## 動作確認
# ディスクリート555テをストをする前に、オリジナルのNE555を使ってLEDの点滅回路をブレッドボードで動かしました。 以下のサイトを参考にさせて頂きました。
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# - http://www.rlc.gr.jp/prototype/hashin/n555/n555.htm
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# 抵抗とコンデンサーの値は、以下の様に設定しました。
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# - RA: 1KΩ
# - RB: 10KΩ
# - C: 10μF
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# T1とT2の周期は、以下の様になります。（データシートのASTABLE OPERATION）
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# - T1 = 0.693 (RA+RB)・C = 76m秒
# - T2 = 0.693 RB・C = 69m秒
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# ### ArduinoオシロスコープKti-Scopeを使ってNE555の波形をみる
# Arduinoオシロスコープ（Kit-Scope）専用のArduinoとして、ちっちゃいものくらぶYahoo店の600円の Arduino Nano3.0 互換ボード を使いました。
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# <img src="images/J1/NE555-osc.png" width="300" />
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# 回路図の①（NE555の3番ピン）と③（NE555の6番ピン）の波形をKit-Scopeでみてみます。 T1の周期波、計算値の69m秒と一致しており、③のチャージと放電の繰り返しも上手く捉えています。
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# <img src="images/J1/NE555-p1p3.png" width="400" />

# ## ディスクリート555の波形をみる
# NE555で発振回路の動作が確認できましたので、ディスクリート555の波形をみてみましょう。
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# 機器の接続は、以下の様にしました。
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# <img src="images/J1/DES555-osc.png" width="300" />
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# 回路図の①（NE555の3番ピン）と③（NE555の6番ピン）の波形をトラ技図１０から引用します。
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# <img src="images/J1/fig-10.png" width="400" />
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# 回路図の①（NE555の3番ピン）と②（NE555の7番ピン）のディスクリート555の観測波形を以下に示します。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p2.png" width="400" />
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# 回路図の①（NE555の3番ピン）と③（NE555の6番ピン）のディスクリート555の観測波形を以下に示します。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p3.png" width="400" />
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# ### 回路内部の波形
# ディスクリート555を作ったのは、1チップの回路をトランジスタで組み立てる興味と、 回路内部の信号をオシロスコープで観察してみたいという思いからです。
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# 今ならSPICEを使えば、波形は調べられるのでしょうが、計算値と実際に組んだ回路では一致しないこともあります。
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# まずは上部コンパレータ部の③から⑦までの波形プロットしたトラ技の図１１を引用します。
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# <img src="images/J1/fig-11.png" width="400" />
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# この回路のキモは、抵抗R7とR8+R9でVCCの2/3に分圧した点（図３の赤丸）から２VBE下がった ⑥の電圧が一定となり、③のチャージが進む区間Aの終わりでTr5に電流が流れ始め④の電圧が下がって いる様子がはっきり見て取れます。この結果Tr6を経由した電流(c)がTr16をオンにします⑦。
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# これをディスクリート555でみてみましょう。 赤線で③（NE555の6番ピン）を一緒に表示して位置関係が分かるようにしました。
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# ④の波形は、以下の様になります。区間Aの終わりで下がります。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p4.png" width="400" />
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# これとは対照的⑤の波形はTr8を流れる電流が減少するため、上昇します。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p5.png" width="400" />
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# 確認のため、電圧が一定であるはずの⑥をプロットします。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p6.png" width="400" />
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# Tr16に流れる電流がフリップフロップのリセットとして機能します。 ⑦を見ると④の下降に合わせて電圧が上昇しています。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p7.png" width="400" />

# ### 下部コンパレータ部
# 下部のコンパレータは、(R7+R8)とR9で分圧されたVCCの1/3点（1.1V）であり、Tr12のエミッタ 電圧は２VBE上がった2.3Vを保ちます。
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# ⑧の波形は、以下の様に一定になっています。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p8.png" width="400" />
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# これに対して⑨（ノイズが多い）は、区間Aの終わりで下がり、区間Bの終わりで上がるパターンを示します。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p9.png" width="400" />
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# ### フリップフロップと出力部
# フリップフロップと出力部の波形をプロットしたトラ技の図１３を引用します。
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# <img src="images/J1/fig-13.png" width="400" />
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# フリップフロップのコアはTr16とTr17であり、⑩と⑪の観測波形を表示してみます。 区間Aの終わりでHighからLowに変わっています。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p10.png" width="400" />
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# これに対して⑪の波形は、区間AではLow、区間BでHighに変化しています。
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# <img src="images/J1/DES555-p1p11.png" width="400" />
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# 図１３の下部に区間A、B、区間C、Dの4つのタイミングに分けて、状態を整理してみます。
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#  | 機能	 | トランジスタ	 | 波形	 | A	 | B	 | C	 | D	 | Reset=L	 | 備考 | 
#  |---|---|---|---|---|---|---|---|---|
#  | リセット	 | Tr6	 | ④	 | OFF	 | ON	 | OFF	 | OFF	 | OFF	 | 流れると電圧が下がる | 
#  | セット	 | Tr15	 | ⑨	 | OFF	 | OFF	 | OFF	 | ON	 | ON	 | 区間Aのレベルは、0.6Vを超えない | 
#  | フリップフロップ	 | Tr16	 | ⑦	 | OFF	 | ON	 | ON	 | OFF	 | OFF	 |  | 
#  | フリップフロップ	 | Tr17	 | ⑩	 | ON	 | OFF	 | OFF	 | ON	 | OFF	 |  | 
#  | 出力	 | Tr20	 | ⑪	 | OFF	 | ON	 | ON	 | OFF	 | ON	 |  | 
#  | 出力	 | Tr24	 | ⑬	 | OFF	 | ON	 | ON	 | OFF	 | ON	 |  | 
#  | 放電	 | Tr14	 | ⑪	 | OFF	 | ON	 | ON	 | OFF	 | ON	 |  | 
#  | 555の出力	 |  | 		 | H	 | L	 | L	 | H	 | L	 |  |  |
# 

# In[ ]: