電子工作で簡易版こっくりさん
こっくりさん
こっくりさん とは、よく知られた降霊術のひとつです。 次のような手順で行います。
こっくりさん 用紙
- 上図のような紙と硬貨を用意します。 紙の上に硬貨を置き、硬貨の上に人差し指を添えます。
- 「こっくりさん、おいでください」と呼びかけます。 この際、硬貨が動くことがありますが、こっくりさんによるものです。
- こっくりさんに幾つかの質問をします。 こっくりさんは硬貨を動かすことでそれに答えてくれるでしょう。
- こっくりさんを使い終わったら解放する必要があります。 「こっくりさん、お帰りください」と呼びかけます。
- おわりです。
電子工作で簡易版こっくりさん
上のようなこっくりさんの振舞いのうち、「はい」と「いいえ」で答えられる質問に答えてくれるこっくりさんを電子工作で作ります。 今回の工作ではマイコンを利用しません。
ひとまず全体の回路図
全体の回路図は下図のようになります。 利用する IC は 74HC14 互換品です。 電源は乾電池 2 本の 3 V を想定しています。
簡易版こっくりさんの回路図
部分ごとの解説
IC 74HC14
74HC14 は CMOS のシュミットトリガ・インバータです。
ピン接続図
インバータとは
インバータは論理を反転する部品です。 つまり、ハイレベル (3 V) を入力するとローレベル (0 V) を出力し、ローレベルを入力するとハイレベルを出力します。
シュミットトリガとは
入力にヒステリシスの特性をもつ回路、ハイレベルからローレベルに切り替わるときの閾値とローレベルからハイレベルに切り替わるときの閾値が異なる回路をシュミットトリガといいます。
発振回路
回路図の左下のあたりが発振回路です。
発振回路
解説
ここで説明されている一連の動作を シミュレータ で確認することができます。
-
いま、
C R C -
充電が進み、インバータの入力電圧が閾値を超えると出力がローレベルに切り替わります。 すると、
R C -
放電が進み、インバータの入力電圧が閾値を超えると出力がハイレベルに切り替わります。 以降、この動作が繰り返されます。
発振周波数の目安
発振周波数
サンプル・ホールド回路
回路図の中央下のあたりがサンプル・ホールド回路です。
サンプル・ホールド回路
解説
ここで説明されている一連の動作を シミュレータ で確認することができます。
-
スイッチが押されていない状態では初段のインバータの出力は次段のインバータに到達しません。
-
スイッチが押されると、初段のインバータの出力によって
C -
スイッチが離されると、次段のインバータの入力は
C C -
スイッチが離れている限り、次段のインバータの入力は変化しないので
V_{out}
注意
CMOS IC の出力端子に大きなキャパシタ (>500 pF)を接続する場合、信号の切り替わるタイミングで大電流が流れることがあり、ノイズが発生したり IC が破損したりする恐れがあります。 これを防止するために電流制限抵抗を接続します (上図の
この
LED 駆動回路
回路図の右側が LED を駆動する回路です。
LED 駆動回路
解説
抵抗の値
抵抗
電源回路
回路図の中央上が電源回路です。 電源は単三乾電池を 2 本直列に接続したものです。
キャパシタについて
動作確認
スイッチを離すと左右の LED がランダムに一つだけ点灯します。 スイッチを押している間、LED は高速で点滅しています。
こっくりさんに判断を委ねる
おわりに
おわりです。
今回の記事にプログラミングの要素は微塵も登場しませんでした。 Zenn は「エンジニアのための情報共有コミュニティ」ですから、電子回路の設計製作を専門としている人々がそのノウハウを共有したりメカニックが旋盤のコツを共有したりする、そんな世界線があっても良いのになぁと思いました。
参考文献
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谷川 寛. 「シュミットトリガ回路」の解説. しなぷすのハード製作記. 2019-12-02. (accessed 2022-07-18).
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bbradio. シュミットインバータによる発振回路. ブレッドボードラジオ. 2008-04-21. (accessed 2022-07-18).
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東芝デバイス&ストレージ株式会社. CMOS 出力端子への負荷容量接続について. CMOS ロジック IC 使用上の注意. (accessed 2022-07-18).
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