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RS フリップフロップをトランジスタで作る

もう少しトランジスタで遊んでみようと思います。

先日「DSO Shell ミニオシロスコープを使ってみよう」で、非安定マルチバイブレータを組んで波形の測定をしてみたのですが、これと似たような形の回路に「RS フリップフロップ」があります。RS フリップフロップとは 1 ビットの情報を記憶する論理回路で、コンピューターの基本になるものですね。

基本的な RS フリップフロップで L チカしてみた

下図はウィキペディアなんかにも載っている RS フリップフロップの基本的な回路ですが、コレクタに LED を入れて L チカさせてみました。

スイッチ S1 を押すとトランジスタ Q1 が OFF になり、抵抗 R2 を通して Q2 へベース電流が流れます。すると Q2 が ON になりますから、LED2 が点灯します。
S1 を離しても、Q1 のベースは Q2 が ON のため Low のままで、LED2 の点灯状態は保持されています。

次に S2 を押すと Q2 が OFF となり、R4 からベース電流が流れて Q1 が ON 、LED1 が点灯します。S2 を離しても、LED1 は点灯し続けます。

このように、セット (S)・リセット (R) の入力に対して LED が点灯または消灯して、その状態を保持 (記憶) するように動作するのが、RS フリップフロップです。

ところが、単純にコレクタ側に LED を付けただけのこの回路では、消灯する側の LED が完全に消灯せず、わずかに光ってしまいます。それは、トランジスタが OFF のときでも、反対側のトランジスタへのベース電流が、LED を介して流れてしまうためです。

LED が完全に消灯するように改善する

LED を完全に消灯させるには、ベース電流が LED に流れないようにする必要があります。
改善した回路が左図です。

Q1 のベース電流は R4 から流れ込み Q1 が ON になっています。
S1 を押すと Q1 が OFF になり、R2 から Q2 へベース電流が流れ、Q2 が ON になります。すると、D2 を通して Q1 のベースが Low に保持されるため、S1 を離しても Q2 は ON の状態を保持します。

このとき、Q2 へのベース電流は R2 から供給されるので、 LED1 にはまったく電流が流れず、完全に消灯するようになりました。

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