DTLによるNAND・ブロック

1. 概要

DTLによるNANDの実験で設計した回路を、 ディジタル実験用の
ブロックとして製作したものです。
本ブロックは自作電子ブロックの複合ブロックであり、
NANDゲートを組み合わせた実験に使用することを想定しています。



2. 電気的仕様

1. 電源電圧
Vcc:　5V±5%(5V±0.25V)

2. 出力電流(I_O)
I_OH(max):　0.1mA
I_OL(max):　8mA

I_OHは流れ出し、I_OLは流れ込みの電流値です。

3. 入力電流(I_I)
I_IH(max):　0mA
I_IL(max):　0.4mA

I_IHは流れ込み、I_ILは流れ出しの電流値です。

4. 出力電圧レベル(V_O)
V_OH(min):　3.0V
V_OL(max):　0.4V

5. 閾値レベル(V_T)
V_T(max):　2.3V
V_T(min):　0.5V

6. Vcc消費電流
1[mA]以下




3. 外観

1. 上から見たところ



2. 下から見たところ




4. 回路図

1. 回路図表記



2. シンボル表記




5. 設計

1. 回路設計
回路はトランジスタ・パルス回路の実験に 使用したものと全く同じなので
回路設計についてはそちらを参照してください。


2. 実装設計
どう考えても最小構成(2×2ピン)のブロックには収まらないので、
(2×2ピン)×2×2構成のブロックとしました。


3. ピン配置の検討
本ブロックから隣のブロックへ接続するために使用できるピンは8本しかありません。


以下、簡略化して下図のように表記します。


まず電源(Vcc)とGNDの配線ですが、理想としては、
複数のモジュールを縦横に接続したとき、自動的にVccとGNDが接続されることです。しかし、
もし、VccとGNDを両方、縦横に割り当てると信号に使用できるピンが無くなってしまいます。


そこで、Vccは縦のみ、GNDは横のみとしました。


これでも信号線のピンは4本しか残りませんが、当面の実験ではなんとかなることが
事前検討で判りましたので、最終的なピンの配置は下図とすることにしました。




6. 使用部品

1. ユニバーサル基板
ブロックに必要な基板の大きさは縦・横それぞれ10メッシュ(2.54mmピッチ)です。
今回は、秋月電子の片面紙エポキシBタイプを割って使いました。
ガラス・エポキシは割りづらいと思われるので避けた方が良いと思います。


2. ピン・ヘッダ
秋月電子の2列タイプの長いのを2P毎にニッパーで切って使いました。
2列2Pタイプを買えば切る必要はありません。


3. 搭載部品
特殊なものは使っていないので回路図を参照してください。



7. 製作

一番面倒なのはユニバーサル基板を必要な大きさに分割することです。
まず基板の割る位置にカッターで表と裏に溝を切ります。
写真では判りずらいですがすでに溝を切ってあります。


ペンチなどで曲げて基板を割ります。
今回は4枚製作します。


やすりで削り、周りのバリを取ります。


最初にピン・ヘッダーを半田付けします。
　


以下、部品を取り付けて半田付けして行きます。
スペースにあまり余裕がないので、部品の搭載位置と搭載順序を検討しておかないと
半田コテが入らなくなる可能性があります。(^^;

まずは、グランド・ラインの配線から始めるといいと思います。
配線の際、使用できないピンもベース・ボード経由で接続されてしまうため、
不用意に配線に使用してしまうと思わぬトラブルとなるので注意が必要です。

完成。この後、配線をチェックして動作確認します。





8. 動作確認

1. 目視確認
製作が完了したら、配線に誤りがないか目視チェックします。
目視チェックでOKならVccとGND間の抵抗値をテスタで測定します。
数百[kΩ]以上あれば問題ないでしょう。


2. 通電
下図のように、VccとGND間に5[V]の安定化電源を接続します。
出力端子YにはLEDを接続しておくとチェックが楽です。
(かつ、楽しいでしょう。笑)
ふたつの入力端子(A、B)はopenのままとします。

電源を入れ、電源装置がトリップしないことを確認します。
また、この時点でLEDが点灯することを確認します。



3. 機能確認
(1)端子AのみをGNDに接続したとき、LEDが消灯することを確認します。
(2)端子BのみをGNDに接続したとき、LEDが消灯することを確認します。


4. 消費電流測定
LEDを点灯させた状態で、電源装置から供給される電流値を測定します。
計算上は、出力が"L"のとき、コレクタ電流が約0.5[mA]、ベース電流が約0.2[mA]
程度なので、実測0.7〜0.8[mA]になると思います。




9. 関連項目

1. トランジスタ・パルス回路の実験− DTLによるNANDの実験
2. 自作電子ブロック
3. 実験用安定化電源装置