トランジスタで８０８０をつくってしまおうというまさにびっくり仰天、狂気のプロジェクトです！
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見事にできましたら、もちろんＴＫ−８０モニタを乗せて、それからＢＡＳＩＣ、ＣＰ／Ｍを走らせましょう！
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［第１５５回］
●バイポーラトランジスタ復活
久し振りに連載を再開した前回では、それまでＡ１０１５とＮ７０００（一部はＢＳ２５０とＮ７０００）で構成するつもりだった基本回路をひっくり返してしまい、Ａ１０１５とＣ１８１５のペアでいくことになりました、と書きました。
その組み合わせは今までの連載では出てきませんでした。
当然一からの検証が必要です。
バイポーラトランジスタを使うということについては、連載開始の直後に、［第２回］で早々と却下してしまいました。
今から考えますといかにも考えが雑であります。
どうもはなからＣＭＯＳＦＥＴ回路にいきたくて、初めに結論ありき、というような書き方でよくありませんです。
確かに電流動作なので、トータルの消費電流とか、ファンアウトとかということは無視するわけにはいきません。
しかしＢＳ２５０をＡ１０１５に置き換えた回路ではベース抵抗を５１ＫΩにして、Ｎ７０００との組み合わせではありますが、期待通りに動くことを確認しています。
５Ｖで５１ＫΩですからＡ１０１５のベースエミッタ間に流れる電流は０．１ｍＡです。
仮にこのトランジスタの前段にあるトランジスタの出力に１００個のＡ１０１５がつながっていたとしても、その負荷はトータルでわずかに１０ｍＡにしかなりません。
Ａ１０１５、Ｃ１８１５のｈＦＥはかなりバラつきがありますが大体は１００ぐらいはあるようですので、すると０．１ｍＡ×１００＝１０ｍＡなので、まあそのあたりまでならファンアウトは取れそうです。
いくらなんでもひとつの出力に１００個の入力がぶらさがるなんてことはないと思いますから、ファンアウトという点では問題はないと考えてもよいでしょう。
それではトータルとしての消費電流はどうなのかということについてですが、これはトランジスタだけではなくてそのほかの回路についても考えなければなりません。
ただＭＯＳＦＥＴかバイポーラかという選択の中で消費電流を問題にした、という点で考えれば、トランジスタ以外の回路の消費電流についてはＭＯＳＦＥＴを使っても、バイポーラトランジスタを使ってもどちらでも同じですから、そこはとりあえずは考えないことにして、バイポーラトランジスタを使ったとした場合の、全トランジスタの消費電流がいかほどかということについて考えてみます。
仮にＮ７０００の代わりにＣ１８１５を使ったとして、そのベース抵抗もＡ１０１５と同じ５１ＫΩにすることにします。
全部で６０００個のトランジスタを使うとして、その全部は同時にはＯＮにはなりません。
少なくとも半分はＯＦＦのままのはずです。
するとそれは３０００個のトランジスタのベースエミッタ間に流れる電流の合計ということになります。
コレクタエミッタ間に流れる電流のほうが大きいではないか、とお考えかもしれませんが、ここで考えているトランジスタＣＰＵ回路では前段のトランジスタのコレクタエミッタ間電流は結局次段のトランジスタの駆動電流と同じだと考えられます。
ということで０．１ｍＡ×３０００を計算しますと３００ｍＡという結果を得ます。
その程度の電流値ならば問題にするほどの電流量ではありませんでしょう。
ということになりますと、結局［第２回］でバイポーラトランジスタは使えないとした理由はあくまでＭＯＳＦＥＴと比較した場合の相対的なものでしかなくて、それをもってバイポーラトランジスタは使えません、と却下してしまうのはいかにも雑で言い過ぎでありました。
３年以上も経ってから過去記事の訂正などみっともない限りでありますが。
ま、見方を変えればそれだけ進歩したということで。
つまりは、今になってよくよく考えてみれば、多分バイポーラトランジスタペアも十分使えるのでは、と思います。
ところでバイポーラトランジスタ回路については［第８回］で、下の図を使ってバイポーラトランジスタではこういう回路にはできません、と書いています。
これもちょっと不適切な説明でありました。
バイポーラトランジスタの場合にはコレクタエミッタ間だけではなくてベースエミッタ間にもしっかり電流が流れてしまいます。
ですから上の図のようにベース抵抗を入れないままでしたら、そりゃあＡ１０１５のエミッタからＣ１８１５のエミッタに貫通電流が流れてしまい、おそらくあっという間に焼損してしまいますでしょう。
ということでバイポーラトランジスタの場合には電流制限のためにベース抵抗は欠かせません。
Ａ１０１５とＣ１８１５にそれなりの大きさのベース抵抗を付加するならば、上の図のようにＡ１０１５とＣ１８１５をつないでも壊れる心配はありません（下図）。
こわいのはＡ１０１５とＣ１８１５が同時にＯＮになって、Ａ１０１５のエミッタからコレクタを通してＣ１８１５のコクレクタを通ってエミッタに電流が流れてしまうことですが、その可能性が出てくるのは入力をオープンにしたときだけで、そうでなければ常にどちらか一方のトランジスタしかＯＮになりませんから、破損の危険はありません。
それでは入力ＯＰＥＮのときはどうなのか、ということなのですが、その場合にもベース抵抗が利いてきます。
バイポーラトランジスタは上図のような使い方をする場合には電流増幅素子として働きます。
コレクタエミッタ間に流れる電流はベースエミッタ間に流れる電流×ｈＦＥですから、上でも書きましたようにベース抵抗が５１ＫΩならば、コレクタエミッタ間には１０ｍＡ以上の電流は流れません。
細かいことをいいますと入力ＯＰＥＮの場合、上の図の回路ではベース電流は０．０５ｍＡしか流れません。
Ａ１０１５とＣ１８１５のベース電流はＲ１＋Ｒ２＝１０２ＫΩを流れる電流ですから、そうなります。
Ａ１０１５、Ｃ１８１５のデータシートではｈＦＥの最大値は４００となっていますから（そんなものはおそらく稀でありましょう）、仮に増幅率が最大の４００だったとしても、コレクタ電流の最大値は０．０５×４００＝２０ｍＡということになります。
そのように考えていきますと、バイポーラトランジスタ回路は余程雑な扱いをしない限り壊れることなどない、安心できる回路ということになりましょう。
バイポーラトランジスタ回路が壊れにくいという点についてはＣＭＯＳＦＥＴに比べて非常に大きな利点であろうかと思います。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第１５５回］
２０１９．９．１５ｕｐｌｏａｄ
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