エンベデッドシステムスペシャリスト 2016年午前2 問16

問題文

マイコンの出力ポートに接続されたランプ回路を図に示す。ランプが点灯するのはどの場合か。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：（正解）

イ：

ウ：

エ：

🔒 解説は解答すると表示されます

ランプは、トランジスタがオンになると点灯します。図のトランジスタは、エミッタが接地され、コレクタ側にランプがつながった構成です。ベースに電流が流れるとトランジスタがオンになり、ランプに電流が流れます。

信号Aはバッファの制御入力、信号Bはデータ入力です。図には制御入力の反転を示す丸印がないため、信号AがHighのときにバッファが有効になります。その状態で信号BもHighなら、バッファの出力がHighとなり、トランジスタのベースに電流が流れます。

したがって、ランプが点灯するのは、信号Aと信号BがともにHighのアです。

ア：信号AがHighなのでバッファが有効になり、信号BもHighなので出力がHighになります。トランジスタがオンになり、ランプが点灯します。
イ：信号AがHighなのでバッファは有効ですが、信号BがLowです。ベースに電流が流れず、トランジスタはオフになるため、ランプは点灯しません。
ウ：信号BはHighですが、信号AがLowなのでバッファは無効です。出力は高インピーダンス状態となり、ベース側の抵抗によって電位が下がるため、トランジスタはオフになります。
エ：信号AがLowなのでバッファは無効であり、信号BもLowです。トランジスタはオフになり、ランプは点灯しません。

信号BがHighなら必ず点灯すると考えないようにしましょう。信号Aがバッファを有効にする条件なので、AがLowならBの信号は出力に伝わりません。
バッファが無効なら出力がLowになるとは限りません。無効時は高インピーダンス状態です。この回路では、ベース側の抵抗が電位を下げることでトランジスタをオフにしています。
ランプとトランジスタの位置だけで電流の向きを判断するのではなく、トランジスタのベースに電流が流れるかを確認しましょう。

バッファの制御入力は、データ入力とは役割が異なります。データ入力は出力する信号の値を決め、制御入力はその信号を出力に通すかどうかを決めます。

この図では、信号Aが「出力を有効にするか」を決め、信号Bが「有効時にHighとLowのどちらを出力するか」を決めています。

Q. 信号AがLowのとき、バッファの出力はLowですか？
A. いいえ。バッファが無効になり、出力は高インピーダンス状態です。ベース側の抵抗が電位を下げるため、トランジスタはオフになります。

Q. トランジスタがオンになると、なぜランプが点灯するのですか？
A. トランジスタがオンになると、Vccからランプ、トランジスタを経て接地へ電流が流れるためです。

関連キーワード: バッファ、制御入力、高インピーダンス、トランジスタ、ベース電流、プルダウン抵抗

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