部品の数を減らすコツ：Wired, Weird（1/2 ページ）

→「Wired, Weird」連載一覧

　筆者は、設計時には、常に部品の点数を減らすように心掛けている。部品の数を減らせば、製品の信頼性向上とコストダウンにつながるからだ。量産製品の設計を10年以上経験したが、自動組み立て装置がない時代には、抵抗を1本減らすだけで、その価格の数十倍のコストダウン効果があった。ただし、部品の数を減らすには、柔軟性のある設計テクニックと豊富なノウハウ、回路を評価する十分な努力が必要になる。

　コストや実装スペースなどの観点から、まずはICの数を最少に抑えるべきであることは言うまでもない。それに加えて、ディスクリート部品の数を減らすためには、「ICと部品をうまく組み合わせて、さまざまな機能を実現する」ことがポイントになる。今回は、そのような観点から構成した回路例を紹介する。

インバータの活用例

図1　タイマー付きのブザー回路　

　図1に示したのは、タイマー付きのブザー回路である。押しボタンスイッチSW₁を押すと、約10秒間ブザーがピー、ピーと断続で鳴動する。この回路で重要な役割を果たしているのは、6ゲート入りのシュミットトリガーインバータIC「4584」である。IC_1A、IC_1Bの2つでラッチ回路、IC_1Cで10秒間のタイマー回路、IC_1Dで断続動作を実現する回路、IC_1Eでブザー用の発振回路、IC_1Fで圧電ブザーのドライバ回路を構成している。これらの機能を実現するために、シュミットトリガーインバータICの6つのゲートをフルに活用している。各回路の要点は、それぞれ以下のようなものとなる。

・ラッチ回路：正帰還を用いることでラッチ回路を実現できる。使用するゲートの数は2個

・タイマー回路：CR（コンデンサ、抵抗）の時定数を利用してタイマーを構成している

・発振回路：発振回路はシュミットトリガーインバータと抵抗、コンデンサ各1個で実現できる

・ドライバ回路：圧電ブザーにハイとローの逆方向の電圧を印加することで、大きな音を出すことができる

　各回路の間は、ダイオードでつなぐことにより、目的の機能を実現している。インバータICは特に使いやすいものであり、さまざまな用途に使用できる。

　なお、この回路と同等の機能は、4個入りのNANDゲートICを利用して、ラッチ回路部をRSフリップフロップで構成し（NANDゲートを2個使用）、ダイオードD₂と同D₃の代わりに、1個のNANDゲートと1個のダイオードを使うことでも実現できる。この結果、ダイオードD₁、D₂、D₃、抵抗R₂、同R₃の計5個の部品が減り、ICが1個（NANDゲート3個分）とダイオードが1個増えることになる。ただし、先述したように、まずはICの数をできるだけ減らすべきである。それに加えて、抵抗は1個20銭程度で購入でき、ダイオードも小型で安価なので、価格的にもスペース的にも図1の回路のほうが格段に有利だということである。

図2　オルタネート回路　

　もう1つ、インバータICを活用した例を紹介する。図2に示したのは、スイッチSW₁を押すたびに出力が反転するオルタネート回路である。この回路では、6ゲート入りのシュミットトリガーインバータIC（図1と同じ4584）のうち、3ゲートを使っている。IC_1Aにより、SW₁のチャタリングキャンセル回路を構成し、IC_1BとIC_1Cで、それぞれの入力と出力を抵抗R₆とR₇でたすきがけに接続したフリップフロップ回路を構成している。また、各インバータの出力から入力へ抵抗R₅とR₈で負帰還をかけている。それにより、ハイ出力とロー出力の電位差を入力側に作って、その電位差を入力コンデンサC₁、C₂に与えている。例えばIC_1Bがローを出力しているとすると、その入力電圧は2.5V、IC_1Aの出力は5Vなので、C₁は約2.5Vで充電されていることになる。SW₁が押されるとIC_1Aの出力は0Vになり、IC_1Bの入力には−2.5Vが印加されるが、IC_1Cに対してIC_1Bの入力電圧の回復時間が遅れるため、フリップフロップ回路としての出力が前の状態から反転する。

　このようにして、スイッチを押すたびにフリップフロップ出力が反転するオルタネート回路を実現している。