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スレッショルドレベルとノイズマージンの関係、CMOS-ICとTTL-ICのスレッショルドレベルの違いについて教えてください。お願いします。

A 回答 (1件)

まるで、理系の大学の電子回路演習の問題のような


御質問ですが.......(笑)

仮にLOが0V、HIGHが5Vとします。
ここで、スレシホールドレベル(最近はこう表記します)が2.5Vなら、LOもHIGHも2.5Vまでの
ノイズが乗っても、符号が化けません。
つまり、符号の電圧と、スレシホールドレベル(境界電圧です)の差が、ノイズマージンとなります。


次の御質問ですが、先生が50才以上であれば
C-MOS ICの方が電源電圧が高い分だけ
LOとHIGHの電圧差が大きい。よって、
この分だけノイズマージンも大きい
(C-MOSは3~18V、TTLは5Vで
 動作します。
 スレシホールドレベルは、電源電圧の
 真ん中ぐらいと考えて下さい)
しかし、電源電圧が同じなら、インピーダンスが
高い分だけC-MOSの方がノイズに対しては不利である

もしも、先生が50才未満なら、
C-MOSの方が電源電圧の自由度が高い為
電源電圧を高く取ることでスレシホールドレベルを
上げることができ、ノイズマージンを稼げる。
しかし、電源電圧が同じ場合は出力回路の特性に
支配されるため、事実上同等である。

と言う感じでしょうか。

C-MOSとして、4000シリーズ(昔からある)を
想定しているのか
TTL互換の74HC系を意識しているのかで、
回答が変わってしまいます。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時:2003/06/23 13:31

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QTTLとノイズマージン

TTLでどうしてノイズマージンをとる必要があるのかわかりません。教えてください。

Aベストアンサー

 
 
 使えそうな絵を紹介します。
http://magical.mods.jp/futaba/interior/imgboard.php?res=143


>> TTLでどうしてノイズマージンをとる必要があるのか<<

 昔のTTLは現在のCMOSに比べて『ストライクゾーンが狭い』のです。上の画像で見るとおり 出力が約3Vしか出ず、判定基準(スレッショルド電圧)は そのほぼ中央の 1.2Vです。 だから正確には、
  『ノイズマージンをとる必要がある』というより
  『マージンが少ないからノイズを小さく押さえる必要がある』
ということです。

 CMOSのスレッショルドは(5V電源で)2.2Vなので、TTLはこれより1Vほど下です。そのぶんノイズに弱い。
 上の画像では2段通っただけで CMOSなみにしっかりしてますね。TTLを使った昔の回路でも、ゲートは何十段も直列につながってますので、全体の特性はビシッと直角になってます。ここ誤解の無いように。


 学生だと思うので余談;
(1) 実は、CMOSの特性がビシッと直角な理由は、1つのゲートの中でインバータが数段直列になってるからです。本当に1段だけの特性は TTLと似たダラダラしたものです。ここ誤解してるアマチュアが多いので書いておきます。

(2)TTLのスレッショルド電圧は何によって決まってるのか;それは等価回路のQ2とQ3のベースエミッタがオンしてる電圧Vbeの合計です。シリコントランジスタのVbeは約0.6V強なので、2個で1.2V強になってます。なお、入り口のQ1は pn接合が逆向きに2個なので ほとんど打ち消し合っています。 Vbeはシリコンの物性値なので 変動する要因は温度です。(例えば74LS-TTLのスレッショルド電圧は 常温25℃で1.2V、マイナス55℃で1.4V、125℃で1V、この程度の変動です。)


 実際に TTLのノイズの弱さで困ってるらしい実例です;
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1030137


 たぶんレポートのネタ拾いだと思うので、スレッショルド電圧を主題にした文章にまとめるのがいいでしょう。TTLの入出力特性の図は ネットでなかなか見つからないようなので、上記の写真を書き写してもいいでしょう。
 
 

参考URL:http://magical.mods.jp/futaba/interior/imgboard.php?res=143,http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1030137

 
 
 使えそうな絵を紹介します。
http://magical.mods.jp/futaba/interior/imgboard.php?res=143


>> TTLでどうしてノイズマージンをとる必要があるのか<<

 昔のTTLは現在のCMOSに比べて『ストライクゾーンが狭い』のです。上の画像で見るとおり 出力が約3Vしか出ず、判定基準(スレッショルド電圧)は そのほぼ中央の 1.2Vです。 だから正確には、
  『ノイズマージンをとる必要がある』というより
  『マージンが少ないからノイズを小さく押さえる必要がある』
ということです。

 C...続きを読む

QTTL論理素子の雑音余裕とはなんでしょうか

タイトルの通りでございます。

TTLの論理素子の雑音余裕というものを調べているのですが、なかなか調べても出てきません。

分かるかたがいらっしゃいましたら、どうぞ教えてください。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

簡単に言うと、信号ラインにどのくらいの振幅のノイズが乗ると
誤動作するか、という数値です。

例えば、"L"を出力しているTTLがあるとします。TTLのメーカが保証する
"L"の電圧が例えば「0.4V以下」だったとします。

一方、この信号を受けるTTLは、0.9V以下の入力電圧を"L"と認識する
ことを保証しているとします。

すると、ばらつきなどを含めた"L"の最悪値(最も"H"に近い"L")である
0.4Vという信号に、あと+0.5Vのノイズがのると信号線は0.9Vになり
これは"L"と認識してもらえるギリギリとなります。

つまり、0.5Vを超えるノイズが乗ると誤動作する可能性が出てきます。
ここで言う 0.5Vを雑音余裕度と言います。従って"L"側と"H"に別個の
雑音余裕度がありますが、ノイズが乗るのは"H"でも"L"でも乗るので
どちらか小さい値を、まとめて雑音余裕度と言います。

なお、上記の数字は例えです。正確にはメーカのデータシートをご覧
ください。

QTTL ICのスレッショルド電圧

TTL ICのスレッショルド電圧について教えてください。
おおまかでもかまいませんのでよろしくお願いします。

Aベストアンサー

入力
High:2.0V(min)
Low:0.8V(max)

出力
High:2.4V(min)
Low:0.4V(max)

のものが多いと思います。(規格かどうかはわかりませんが、設計は基本的にデータシート同士の見比べで行っていますので・・・^^;)
まあ入力しきい値に合えばよいのでHigh2.2Vの石も良く見かけます。

Q理想CMOSインバータのしきい値について

少し疑問に思ったことなのですが、理想的なCMOSインバータは電源電圧をVdd、しきい電圧:Vthとしますと、
Vth=Vdd/2
上式のような値をしきい電圧がとるのが理想的だと調べて知ったのですが、ネットで探しても探しても「理想的です。」と書かれているだけで、具体的にどういう理由でVdd/2が理想的なのかが分かりません。
極端にしきい電圧が低かったり高かったりするのは想像して都合が悪いのはわかりますが、電源電圧の1/2付近の値が理想的でなくて、ぴったり1/2が理想的になる理由が思いつきません。
ぜひ、お力を貸していただけないでしょうか。

Aベストアンサー

1/2の時にノイズマージンが最大になるからです。

Vdd=10V , Vth=6V の時を考えてみましょう、信号に4.5Vのノイズが乗った場合"L"レベルは最大4.5Vまで持ち上げられますが"L"レベルは確保されますのいいですが、"H"レベルは最小5.5Vとなり"H"レベルを維持できません。

Qオープンコレクタ出力ってうまく理解できないんですが?教えていただけます

オープンコレクタ出力ってうまく理解できないんですが?教えていただけますか。

Aベストアンサー

まず、『うまく理解できない』とのことですが、あなたの電気・電子の知識がどのくらいなのか分からないと教えることができません。
以下のリンクを見て、どこまで理解でき、どこの部分が分からないかを示して下さい。 トランジスタの動作が分からないとお手上げです。

http://www.wdic.org/w/SCI/%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%97%E3%83%B3%E3%82%B3%E3%83%AC%E3%82%AF%E3%82%BF

Qオペアンプについて

オペアンプについて
最近、大学の授業でオペアンプをつかった増幅回路の実験を行いました。そして増幅された電圧はほぼ理論値どおりになりました。この正確さがオペアンプのよいところなんでしょうか??
また、トランジスタを増幅器として使うとオペアンプのようには電圧の出力特性はオペアンプとはどのように違ってくるのでしょうか??

Aベストアンサー

はい、その通りです。
オペアンプは、高精度で正確な信号処理を行うためには欠かすことのできない回路です。

ただオペアンプは、それ自体では非常に増幅率が高く、単体で用いられることはほとんどありません。
正確に電圧を増幅するためには「フードバック」という回路技術を使います。
あなたが行った実験でもオペアンプを使ったフィードバック回路になっているはずです。

トランジスタを使った増幅器とオペアンプを使った増幅器でどのような違いがあるのかについては
以下のURLを参考にされるとよいでしょう。

http://kairo-nyumon.com/opamp2.html

トランジスタは個体ばらつきや温度特性(個体や温度によって増幅率が変わる)を持つため、
物によってや温度環境によって増幅される電圧値がばらばらとなってしまいます。
そのため、オペアンプを使いフィードバック回路を構成します。

また、オペアンプを使ったフィードバックについての説明は以下のURLを見ると分かると思います。

http://www.kairo-nyumon.com/analog_basic2.html

はい、その通りです。
オペアンプは、高精度で正確な信号処理を行うためには欠かすことのできない回路です。

ただオペアンプは、それ自体では非常に増幅率が高く、単体で用いられることはほとんどありません。
正確に電圧を増幅するためには「フードバック」という回路技術を使います。
あなたが行った実験でもオペアンプを使ったフィードバック回路になっているはずです。

トランジスタを使った増幅器とオペアンプを使った増幅器でどのような違いがあるのかについては
以下のURLを参考にされるとよいでしょう。...続きを読む

Q74163について

Clear(1pin) High(定常的に)
Enable P(7pin) High(定常的に)
Enable T(10pin) High(定常的に)
Load(9pin)のみをHigh/Lowで切り替えることでユーザー側が設定した任意のパルス数を数えることって出来るのでしょうか?

Aベストアンサー

 
 
1.
>> D入力のプルアップ抵抗を小さくしたら解決 <<

 意外な原因ですね、D入力はプルアップでなくプルダウンでしょうか?

┬Vcc

Switch

├─ to D-input

Rpd プルダウン抵抗


グランド

 TTL-IC の入力はこんな回路↓なので、抵抗Rpdが大きすぎるとIC内部の抵抗との分圧が高すぎて 確実なLowレベルになってなかったのかもです。
http://magical.mods.jp/futaba/interior/imgboard.php?res=143

 もしプルアップ(スイッチと抵抗が上図と逆)なら 抵抗値は少しぐらい大きくても大丈夫のはずですね。(解決してるのでくどい話は省略します。)



2.
>> ただ気になるのはどうも50ohmではうまく動く気配がありません。 <<

 パルスジェネレータのマニュアルを少し見ましたが波形が半分になると書いてあるのでTTL出力は50Ω終端するなということなのでしょう、同軸ケーブルが長いと反射が大きいので、出口に直接BNC-Rでも付けてツイストペア線を使うのが良いかもしれません。配線が長くなって波形が汚い場合のテクニックとして、いったんCMOSゲート(できればヒステリシスゲート)で受けて波形を整形する方法があります。ただし過剰に高速すぎるICは使わないことです。反射のリンギングは高周波なので それに鈍感なのがいいのです。



3.
>> 回路を設計した場合のインピーダンスというのはどうやって決める(ないしは決まる)ものなのでしょうか? <<

 インピーダンスの話はここでは書き切れません、数MHzでICが数個の場合は気にしないでいいですよ。それよりも、ディジタル回路をうまく作るには「クロックパルスを上手く分配する」ことと グランド電源の配線を「きれい(オシロで見て電気的にきれい)に作る」ことです。この2つが基本です。



4.
>> 応答が速いICを選ぼうとして74Fになったのですがもっとよいものがあるのでしょうか <<

 できるだけ高性能なものを体験したい気持ちは分かりますが、TTL-ICは廃止方向ですから、74Fシリーズ程度のスピードならCMOSで74ACシリーズがあります。クロックが1MHz程度なら74HCシリーズが好適でしょう。
参考までにノイズマージンの比較です;
http://www.interfacebus.com/voltage_threshold.html
ただし この図はデーターシートの限界規格の寄せ集めであって、実際に動作してる電圧とはちがいます。例えば図ではスレッショルド電圧が1.5Vに揃ってますが、現実のTTL回路は1.2V前後で F,S,AS,LS,ALS それぞれ異なります。
図からTTLのマージンの少なさが分かりますね。
 
 

参考URL:http://magical.mods.jp/futaba/interior/imgboard.php?res=143,http://www.interfacebus.com/voltage_threshold.html

 
 
1.
>> D入力のプルアップ抵抗を小さくしたら解決 <<

 意外な原因ですね、D入力はプルアップでなくプルダウンでしょうか?

┬Vcc

Switch

├─ to D-input

Rpd プルダウン抵抗


グランド

 TTL-IC の入力はこんな回路↓なので、抵抗Rpdが大きすぎるとIC内部の抵抗との分圧が高すぎて 確実なLowレベルになってなかったのかもです。
http://magical.mods.jp/futaba/interior/imgboard.php?res=143

 もしプルアップ(スイッチと抵抗が上図と逆)なら 抵抗値は少しぐらい大...続きを読む

Qデジタル回路のCMOSとTTL

TTL,CMOSを用いたデジタル回路で、ヒステリシスが生じる理由は何でしょうか?またCMOS,TTLの構造の違い、特徴などが分かりやすくまとめてある、ホームページなどがあれば、教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>TTL,CMOSを用いたデジタル回路で、ヒステリシスが生じる理由は何でしょうか?

TTL,CMOSを用いたデジタル回路で閾値付近での動作が不安定(ON/OFFが繰り返される)にならないように意識的にヒステリシス特性にすることは良くある事ですが、TTLやCMOS自体にヒステリシス特性は無いと思います。

TTL ………約1V弱の入力電圧でON/OFF

CMOS………回路の電源電圧の半分の入力電圧でON/OFF

参考URL:http://ew.hitachi-system.co.jp/w/TTL-1.html

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Q電場のエネルギー密度と静電エネルギー

電磁気学の質問です。

電場のエネルギー密度 1/2 ε_0 E^2 を空間の全体積で積分すると
静電エネルギーになるという式変形は追えるのですが、
この2つの具体的な関係がよくイメージ出来なくて困っています。
静電エネルギーというと、コンデンサーにたまるエネルギーで、
導体を帯電する時の仕事と理解してるのですが、
何かこれだけでは足りない気がしていて…。

もし、よろしければ、どなたかアドバイスいただけませんか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>静電エネルギーというと、コンデンサーにたまるエネルギーで、
>導体を帯電する時の仕事と理解してるのですが、
確かにその通りです。
コンデンサーに限らず、電荷Qを持っている導体に対しても無限遠との電位差をVとして静電容量C=Q/Vと言う物を定義でき、静電エネルギーUはU=1/2*QVとなります。その物体の周りの空間を微少な領域に分割し、ガウスの法則を適用して計算をガリガリ進めるとUは1/2*ε_0 E^2の全空間積分と表せます。(導体であれば内部でEは0なので、導体を除いた空間の積分)
この物理的意味を考えてみると、電荷Qの導体自身が静電エネルギーUを持っている物だと考えていたのに、その周りの空間(場)にエネルギーが蓄えられている、という見方も出来るのです。
もっと言えば、電荷eがあるとその周りの空間にある種の歪み(電場)が生じ、その歪みがエネルギーを蓄えていると考えられるわけです。

同じように磁場についても、電荷が動けばその周りの空間に歪み(磁場)が生じ、場自身がエネルギー密度1/2*μ_0 B^2 を持つことが分かります。
磁場や電場による力についても色々式をいじくっていくとマックスウェルの応力と呼ばれる空間(場)に力が働くという表示も得られたりします。

結局何が言いたいのかというと、電磁気学というのは場という考え方に基づいて話を展開することができ、その立場の元では静電エネルギーというのは場そのものがエネルギーを蓄えていると考えられると言うことです。

>静電エネルギーというと、コンデンサーにたまるエネルギーで、
>導体を帯電する時の仕事と理解してるのですが、
確かにその通りです。
コンデンサーに限らず、電荷Qを持っている導体に対しても無限遠との電位差をVとして静電容量C=Q/Vと言う物を定義でき、静電エネルギーUはU=1/2*QVとなります。その物体の周りの空間を微少な領域に分割し、ガウスの法則を適用して計算をガリガリ進めるとUは1/2*ε_0 E^2の全空間積分と表せます。(導体であれば内部でEは0なので、導体を除いた空間の積分)
この物理的意味...続きを読む


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