はじめに
今回は**NOTゲートIC（TC74HC14）**を使って、簡単な発振回路を自作し、方形波を出力する実験を行いました。
発振回路は、マイコンのクロックやPWM制御など、電子回路で非常によく使われる基本回路の一つです。
「発振回路ってなに？」「方形波ってどうやって作るの？」といった初学者の方にも分かりやすいように解説していきます。
発振回路とは？？
発振回路は、電源を入れるだけで繰り返し信号（波形）を出力する回路です。
通常の増幅回路などとは異なり、外部からの入力信号が必要ありません。これは発振回路の大きな特徴です。
発振回路は以下のような用途に使われます
- クロック信号の生成（マイコン・デジタル回路）
- タイマー信号
- 音の発生（ブザー駆動）
- パルス幅変調（PWM）の基準波生成
使用したもの
回路図
以下のような構成で回路を組み立てます。
ICのピン配置に注意し、電源（Vcc）とGNDは忘れずに接続してください。
TC74HC14は6つのNOTゲートを内蔵していますが、今回はそのうち1つを使います。
動作確認
1.発振周波数の確認
回路全体での発振周波数は、次の式で近似できます：
f ≒ 1 / (R × C) [Hz]
理論値： f = 1 / (100kΩ × 0.01μF) = 1 kHz
実測値： f ≒ 938.3 Hz
誤差率： 6.17%
2.Duty比の確認
理想的な方形波はデューティ比 50% ですが、実際は多少のズレが生じます。
実測値：High = 0.55ms、Low = 0.52ms
Duty = (0.55 / (0.55 + 0.52)) × 100 = 51.4%
誤差：+1.4%
動作原理
TC74HC14はシュミットトリガ入力付きのNOTゲートICで、入力電圧がある一定のしきい値を超えると、出力がパチンと反転します。これを利用して、**自動的にON/OFFを繰り返す回路（発振回路）**が作れます。
回路の基本構成
・抵抗（R）とコンデンサ（C）を組み合わせて、入力電圧が時間とともに変化するようにします。
・NOTゲートの出力が、コンデンサの充放電に影響を与えるようにフィードバックされています。
動作の流れ
- 電源ON直後
- コンデンサには電圧がかかっていない（0V）。
- 入力が0V → NOTゲートの出力は「High（5V）」になる。
- コンデンサが充電される
- 抵抗を通じて、NOTゲート出力（High）からコンデンサに電流が流れ、コンデンサの電圧が徐々に上がる。
- この電圧が、シュミットトリガの「Highしきい値（2.86V）」を超えると…
- NOTゲートが反転する
- 入力電圧がHigh判定になる → 出力が「Low（0V）」に反転する。
- コンデンサが放電を始める
- 今度はNOTゲートの出力がLow（0V）になったため、コンデンサは今度は逆方向に電流を流して放電。
- 入力電圧が徐々に下がっていき、「Lowしきい値（1.78V）」を下回ると…
- 再びNOTゲートが反転し、出力がHighになる
これを繰り返すことで、出力は High / Low を自動で交互に切り替える＝方形波が出力される という仕組みです。
まとめ
今回は、NOTゲートIC「TC74HC14」と、たった2つの受動部品（抵抗・コンデンサ）で、シンプルな発振回路を自作し、方形波信号を生成する方法を紹介しました。
✅ 利点
- 部品点数が非常に少ない
- 安定した発振が可能（シュミットトリガのおかげ）
⚠ デメリット
- 高精度なクロック用途には不向き
- デューティ比の調整が難しい
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