電験三種の過去問解説(理論)：2019年(令和元年)問17
NAND回路の接続と回路の性質(論説)
NAND ICを用いたパルス回路について、次の(a)及び(b)
の問に答えよ。ただし、高電位を「1」、低電位を「0」と表すこ とにする。 (a)pチャネル及びnチャネルMOSFETを用いて
構成された図1の回路と真理値表が同一となるものを、 図2のNAND回路の接続(イ)、(ロ)、(ハ)から選び、 全て列挙したものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(1) (イ) (2) (ロ) (3) (ハ) (4) (イ)、(ロ) (5) (イ)、(ハ) (
b)図3の三つの回路はいずれもマルチバイブレータの一種であり 、これらの回路図においてNAND ICの電源及び接地端子は省略している。同図(ニ)、(ホ)、( ヘ)の入力の数がそれぞれ0、1、2であることに注意して、これら三つの回路と次の二つの性質を正しく対応づけたものの組合せとして、正し いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
性質Ⅰ：出力端子からパルスが連続的に発生し、ディジタル回路の中で発振器とし て用いることができる。
性質Ⅱ：「0」や「1」を記憶する機能をもち、フリップフロップの構成にも用いられる。
性質Ⅰ 性質Ⅱ (1) (ニ) (ホ) (2) (ニ) (ヘ) (3) (ホ) (ニ) (4) (ホ) (ヘ) (5) (ヘ) (ホ)
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過去問解説
(a)MOSFETとNAND回路の真理値表
図1のpチャネルnチャネルMOSFETを用いて構成された回路が何を表しているのかを知らないと解くことができません。
図1＝NOT回路
| 入力 | 出力 |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
図1の回路はNOT回路で、入力信号と反対の信号を出力します。
次に、NAND回路の真理値表を書いてみましょう！
NAND回路
| 入力 | 出力 | |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
上記の真理値表を参考にしながら、接続(イ)、(ロ)、(ハ)による入力と出力の関係を整理しましょう。
接続(イ)
入力が2つとも同じなので、反対の信号が出力されます。
| 入力 | 出力 | |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
したがって、図1のNOT回路と同じになります。
接続(ロ)
『0』が固定入力信号になっているため、入力信号が『0』の場合は反対の出力、入力信号が『1』の場合は同じ出力となります。
| 入力 | 固定入力 | 出力 |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
したがって、図1のNOT回路と異なります。
接続(ハ)
『1』が固定入力信号になっているため、入力信号が『0』の場合は反対の出力、入力信号が『1』の場合も反対の出力となります。
| 入力 | 固定入力 | 出力 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
したがって、図1のNOT回路と同じになります。
したがって、(5)が正解です。
(b)マルチバイブレータの性質
NAND回路
| 入力 | 出力 | |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
上記NAND回路の真理値表を参考にしながら、図3の(ニ)、(ホ)、(ヘ)の回路における入力と出力の関係を整理しましょう。
図3(ニ)
例えば、図のように左のNAND回路の入力が『1』だった場合、『0』が出力されます。次に、右のNAND回路に『0』が入力されて、『1』が出力されます。
電流は高電位から低電位に向かって流れるため、上図のようにコンデンサに充電されます。
コンデンサは充電されると高電位になり『0』から『1』に変わります。そして、右のNAND回路に『1』が入力されて、『0』が出力されます。
このように、右のNAND回路の出力が『0』と『1』を繰り返すため、性質Ⅰと対応付けられます。
図3(ヘ)
図のように、入力1と入力2がともに『1』だった場合、左のNAND回路の入力1の上の入力数値と同じ数値を右のNAND回路が出力するため、性質Ⅱと対応付けられます。
したがって、(2)が正解です。