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１５８回］
●ＮＡＮＤ
ここ何回かはバイポーラトランジスタＡ１０１５とＣ１８１５を使ったインバータ（ＮＯＴ）回路を紹介してきました。
回路そのものは以前の回に書いていましたＢＳ２５０とＮ７０００を使った回路をＡ１０１５とＣ１８１５に置き換えただけで基本的な考え方は同じです（もちろん置き換えに伴ってベース抵抗やコンデンサも値の変更や追加を行ないました）。
ここ何回かの検証によって、Ａ１０１５とＣ１８１５を組み合わせた回路が十分使えそうだという確信を得ましたので、以後はその考え方に沿って進むことにします。
前回まではとりあえずＡ１０１５とＣ１８１５各１個（および抵抗、コンデンサ）からなるインバータ（ＮＯＴ）回路について書いてきましたが、その基本構成をそのまま拡張することで、ＮＡＮＤとかＮＯＲ回路もつくることができます。
それらの基本的なゲートロジック回路も既存のＢＳ２５０とＮ７０００で構成した回路をＡ１０１５とＣ１８１５に置き換えるだけで簡単にバイポーラトランジスタ型のロジック回路にすることができます。
参考までに、以下にいくつかの回路について例示します。
インバータの次にはなんといってもＮＡＮＤ回路です。
どちらかというとインバータ回路は補助的な役割として使われますが、ＮＡＮＤ回路は全てのロジック回路の基本構成要素です。
ＮＡＮＤ回路なくしてはロジック回路は成り立ちません。
逆に言えばＮＡＮＤ回路さえあれば（その応用型も含めれば）、全てのロジック回路を作ることができると言っても言いすぎではないと思います。
実際にＮＡＮＤ回路の２つの入力を１本にたばねることで、そのままインバータ（ＮＯＴ）として使うことができる、ということは皆様もよくご存知のことと思います。
ということで、下が今後使うことに決めたバイポーラトランジスタ版のＮＡＮＤ回路です。
作図の都合でＩＮ１とＩＮ２の上下の配置が逆になっていますが、また出力トランジスタＴ２とＴ４の接続順序にも意味がありそうに見えますが、右に表示したシンボル図の通り、ＩＮ１とＩＮ２は入れ替えても出力に影響はありません。
ＩＮ１とＩＮ２がともにＨのときのみ出力はＬになります。
いずれか一方、または両方の入力がＬのときは出力はＨになります。
前回書きましたようにベース抵抗の５１ＫΩが利いているため、ソースシンクともに最大出力は４０ｍＡです（ｈＦＥ＝４００の場合）。
それ以上は流れませんから万一出力がショートしてもトランジスタが破損する心配はありません。
上のＮＡＮＤ回路の場合ＩＮ１とＩＮ２がともにＬのときはＴ１とＴ３が同時にＯＮになるため、そのときに出力をＧＮＤにショートすると最大８０ｍＡのソース電流が流れます（ｈＦＥ＝４００のとき）。
その場合でもＴ１、Ｔ３に流れるコレクタ電流はともに最大４０ｍＡです。
●ＡＮＤ
バイポーラトランジスタは普通の使い方では出力が反転します（反転増幅）。
したがってＮＯＴ、ＮＡＮＤ回路は普通にできますが、ＡＮＤ回路にはできません。
そこでＡＮＤ回路が必要なときは下の図のようにＮＡＮＤとＮＯＴを組み合わせて見かけ上ＡＮＤの動作になるようにします。
ＮＡＮＤがトランジスタ４個でできるのに比べると１個のＡＮＤに６個のトランジスタが必要です。
できればＡＮＤを使わなくても済むように工夫したいところですが、余り凝ったことを考えるとかえって回路が複雑になったり理解しづらい回路になってしまったりします。
トランジスタ数が増えることは承知の上で上の基本的な回路をそのまま使うようにと考えています。
●ＮＯＲ
ロジックとして考えるときは、ＮＯＲ＝ＯＲ＋ＮＯＴと考えますが、ＮＡＮＤのところで書きましたように、ＮＯＲが基本で逆にＯＲ＝ＮＯＲ＋ＮＯＴという回路になります。
下がＮＯＲ回路です。
単純にＮＡＮＤの配線をＡ１０１５とＣ１８１５で取り替えただけの回路になっています。
２つの入力のどちらかがＨかともにＨのときは出力がＬになります。
どちらの入力もＬのときだけ出力がＨになります。
２つの入力をともにインバータ（ＮＯＴ）を通して反転させ、ＮＯＲの代わりにＮＡＮＤを置いて、さらにその出力もインバータを通して反転させれば、ＮＯＲ回路になりますから、ＮＡＮＤのところで書きましたように、やはりＮＯＲ回路もＮＡＮＤで作ることができます。
しかしことトランジスタ回路として考える限り、そのような（ＮＡＮＤだけで構成する回路は）教科書の中だけで意味のあることで、全く無駄な回路に過ぎません。
上ではＮＡＮＤが基本回路であると書きましたが、実際のところもっと正確に言えば、これから考えていくトランジスタＣＰＵ回路はＮＯＴとＮＡＮＤとＮＯＲを基本型として、その変形をまじえた回路として考えていくことになると思います。
●３入力ＮＡＮＤ
３入力回路などの多入力回路も上記の基本型の応用として考えることができます。
そのひとつの例として下に３入力ＮＡＮＤの回路を示します。
単純にＮＡＮＤの２入力を３入力に拡張しただけです。
この考えをそのまま進めることで、５入力ＮＡＮＤとか６入力ＮＯＲなど７４ＨＣシリーズにはないような回路も作り出せそうです。
ここでちょっと気になるのはコレクタエミッタ間のＯＮ電圧です。
よく知られているように、バイポーラトランジスタ（シリコントランジスタ）のベースエミッタ間のＯＮ電圧は印加する電圧電流にほぼ関係なく０．６Ｖ〜０．８Ｖの高い値を示します。
ちょっと考えると、それならコレクタエミッタ間も同じ電圧以下には下がらないのではないか、と考えそうですが、コレクタ電流がベース電流によってコントロールされるにも関わらず、コレクタエミッタ間電圧は非常に低い値を示します。
下は２ＳＣ１８１５のｄａｔａｓｈｅｅｔです。
［出典］ＴＯＳＨＩＢＡ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ：２ＳＣ１８１５ ｄａｔａｓｈｅｅｔ
Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ−ｅｍｉｔｔｅｒ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ（コレクタエミッタ間飽和電圧）を見るとＭａｘ０．２５Ｖになっています。
これに対してＢａｓｅ−ｅｍｉｔｔｅｒ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ（ベースエミッタ間飽和電圧）はＭａｘ１．０Ｖになっています。
ベースエミッタ間飽和電圧に比べてコレクタエミッタ間飽和電圧がうんと低い値であることがわかります。
これも実際に測って確認してみました。
前回電流をテストしたときと同じインバータ回路で、入力をＨにしたときのＣ１８１５のコレクタとエミッタ（ＧＮＤ）間の電圧を測ってみました。
なんとわずか１１ｍＶです。
ほとんど０Ｖです。
今度はＡ１０１５の飽和電圧を測ってみました。
入力をＬにしたときのＡ１０１５のエミッタ（＋５Ｖ）とコレクタ間の電圧を測りました。
こちらもわずか１４ｍＶです。
こちらもほとんど０Ｖです。
こういうことでしたら、Ｃ１８１５やＡ１０１５を８個ぐらい積んで、８入力ＮＡＮＤとか８入力ＮＯＲなどの回路を作っても多分問題はありませんでしょう。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第１５８回］
２０１９．９．１８ｕｐｌｏａｄ
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