ワンショット回路の設計方法

ワンショット回路とは、入力のオン信号を検出して一定時間のHiパルス信号を出力する回路です。
例えば、スイッチを押すと1秒間だけLEDを点灯させるといった用途で使われます。

ワンショット回路のタイムチャート

ワンショット回路のタイムチャート

入力に長いHi信号が入力されても、一定の短い時間だけHiを出力します。
ワンショット回路というと、一般的にはこちらのイメージだと思います。

エッジトリガタイプ

単安定マルチバイブレータのタイムチャート

入力のHiエッジを検出して、一定時間出力をHiにします。
ワンショットマルチバイブレータ、単安定マルチバイブレータなどと呼ばれる場合もあります。

ワンショット回路の回路図と動作原理

3種類のワンショット回路について説明していきます。

トランジスタで作る場合

スイッチを押すと、一瞬LEDが点灯する回路を考えます。

ワンショット回路の回路図 ワンショット回路のタイムチャート

スイッチをオンすると、V1の電圧がHi(5V)になります。
この時、C1がカップリングコンデンサとして働き、V2の電圧が5Vまで持ち上がります。

カップリングコンデンサの仕組みと役割

V2の電圧がMOSFET:Q1のVTHより高くなるのでQ1がオンし、LEDに電流が流れて点灯します。
V2はR2によって放電され、徐々に電圧が低下していき、VTHを下回るとQ1がオフし、LEDが消灯します。

タイマー時間(ワンショット時間)はC1とR2の時定数で決まり、次のように計算できます。

タイマー時間の計算

VCCは電源電圧です。

ロジックで作る場合

ロジックICやIC内部でワンショット回路を構成する場合の回路図です。

ロジック回路を使ったワンショット回路 ワンショット回路のタイムチャート

入力信号:Vinを分岐し、片方をRCとNOT回路によるディレイ回路に入力します。
V2はRCの時定数で決まる時間分遅延した反転信号が出力されます。

VinとV2のANDを取ることで、RCで決めた遅延時間分の短いワンショットパルスが生成されます。
ワンショットパルスの時間は次のように計算することができます。

タイマー時間の計算

VHは入力信号:Vinのハイレベルです。

単安定マルチバイブレータ回路

エッジトリガタイプの単安定マルチバイブレータ回路です。

単安定マルチバイブレータ回路 単安定マルチバイブレータ回路のタイムチャート

初期状態(SWオフ)では、Q2がオンするのでVoutは0V、Q1のベースも0VなのでQ1がオフです。

SWがオンすると、V1が0VとなりQ2がオフしVoutがHiになります。
この時のHi電圧は、R3とR4の抵抗分圧で決まります。

VoutがHiになるので、Q1のベース電圧が上昇してQ1がオンしてV2が0Vとなります。

SWがオフすると、C1がR2で充電され、C1×R2の時定数でV1の電圧が上昇します。
V1がQ2のVBEまで上昇してオンすると、Voutが0Vとなり、初期状態に戻ります。

タイマ時間は、SWがオンしている時間とC1×R2の時定数で決まる時間の合計となりますので、次のように計算できます。

タイマ時間の計算

この記事のキーワード

関連記事
TTLレベルとは【代表的なICと回路図】

TTLとは、Transistor Transistor Logicの略で、バイポーラトランジスタで構成されたロジックICのことです。 代表的なのはTI社の7400シリーズの汎用ロジックICです。 TTLレベルとは、TTLの入出力条件のことを指します。 INDEXTTLレベルの規格…

ファンアウトの意味と計算方法

ファンアウトとは、1つのデジタルIC出力に接続できる入力回路の最大数です。 ファンアウトは出力回路の電流能力で決まり、ファンアウトの小さいICの場合、出力信号が減衰してしまって正常に伝達できなくなります。 本稿ではファンアウトの考え方、計算方法について解説していきます。 INDE…

排他的論理和(XOR)回路とは

排他的論理和(XOR)は、2つの入力が等しい場合は0を、異なっている場合は1を出力する演算、または論理回路のことです。 「2つの内、どちらか一方だけが正しい」ことを判別します。 XORはエクスクルーシブオアと読みます。 EX-ORと表記される場合もあります。 INDEX回路図、回…

フリップフロップ回路とは?種類とそれぞれの動作をわかりや…

フリップフロップとは、1ビットの情報を保持できる論理回路で、過去の入力によって決まった状態と現在の入力によって出力が決まる順序回路の一つです。 過去の入力情報を保持して記憶することができるため、記憶回路、または記憶素子とも呼ばれます。 ANDやORなどの組み合わせ回路との違いは、…

CMOSレベルとは?TTLレベルとの違い

CMOSレベルとは、一般的なCMOSロジックICの入出力条件です。 TTLレベルと違い、電源電圧:VDDに依存します。 TTLレベルとは【代表的なICと回路図】 CMOSレベルの規格 CMOSレベルの一般的な規格は下記のようになります。 Hiレベル入力電圧 0.7×VDD Loレ…