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２９６回］
●トランジスタロジック回路組立キットＴＲ００（２）
前回からの続きです。
ＴＲ００の電流を測ったらまさかの１９ｍＡも流れていました。
近年のＬＥＤは驚くほど超高輝度です。
本当にわずかな電流でも明るく光ります。
ＴＲ００でもＬＥＤの電流制限抵抗は２２ＫΩとかなり大きな値のものを使っていますからＬＥＤの消費電流はわずかです。
するとどう考えてもトランジスタ回路そのものの消費電流ということになります。
下は［第２３６回］でお見せしたＴＲ００の１ゲート分の回路図です。
この中でトランジスタが電流を消費するとしたら２ＳＡ１０１５と２ＳＣ１８１５の両方が同時にＯＮになっているとしか考えられません。
しかしロジック回路の本来の動作としてはそれはありえません。
そうだとすると。
入力回路にあるプルアップ抵抗とＬＥＤ回路が関係しているのでは？
前回閃いたのはそこでした。
いえ。
おそらくはこの回路を考えた時点でその可能性については気が付いていたはずです。
それも考慮してプルアップ抵抗とＬＥＤの抵抗の値を決めたはずと思うのですが。
なにしろ９ヶ月以上も前ということになりますと全く覚えておりません。
記憶のカケラも痕跡もありません。
本当に困ったものです。
ですけれど。
おそらくそこだなあ、と思います。
ならば。
それは試してみればわかるはず。
ということで。
全部の入力をＧＮＤにつなぎました。
やっぱり思った通りでした。
電流が大幅にダウンしました。
しかしまだ５ｍＡ流れています。
これについてはおおよそ見当がついています。
それを確かめるために今度は全部の入力をＶｃｃにつなぎました。
おお。
１．４５ｍＡです。
このほとんどはおそらく点灯しているＬＥＤの消費電流でしょう。
やっぱりそういうことだったのでした。
その説明をするためにはデータが必要です。
必要な各部の電圧を測りました。
まずはＶｃｃの値です。
４．６９Ｖです。
次は入力Ａの電圧値です。
３．６６５Ｖです。
やっぱり思った通りでした。
この値はちょっとヤバい値です。
それについては後で説明をします。
入力Ｂの電圧値です。
３．６６４Ｖです。
入力Ａとほとんど同じです。
この値がなぜヤバいかといいますと。
Ｖｃｃが４．６９ＶですからＶｃｃ−入力Ａは１．０２５Ｖ、Ｖｃｃ−入力Ｂは１．０２６Ｖです。
お分かりになりますでしょうか？
２ＳＡ１０１５や２ＳＣ１８１５などのシリコンバイポーラトランジスタはエミッタベース間電圧が０．６〜０．８Ｖ以上のときにエミッタコレクタ間に電流が流れるようになります。
それ以下のときにはほとんど流れません。
すると。
今回測定したＶｃｃと入力との間の電圧というのは２ＳＡ１０１５のエミッタベース間の電圧ですから、それが１Ｖということは。
おお。
２ＳＡ１０１５はＯＮになっているじゃありませんか。
ちなみにそのとき２ＳＣ１８１５のエミッタベース間は入力電圧そのままの３．６Ｖですからこちらはもう完全に導通状態です。
今度は別の角度からそのことを確かめてみました。
出力Ｘの電圧値を測ってみました。
１４１ｍＶです。
ううむ。
ほとんど０Ｖですねえ？
でも念のため入力ＡをＶｃｃにつないでみました。
８５．１ｍＶになりました。
やっぱりそうか！
ということで入力ＢもＶｃｃにつなぎました。
６．７ｍＶです。
今度こそ本当にほとんど０Ｖです。
ということで入力回路に入れたプルアップ抵抗とＬＥＤのために本来はＯＦＦのはずの２ＳＡ１０１５が少しＯＮ状態になってそのために余計な電流が流れて出力Ｘが少し浮き上がっていることが確かめられました。
本来ならば入力回路のＬＥＤ点灯用に別のトランジスタを追加すべきところです。
以前のＭＯＳＦＥＴトランジスタのロジック回路キットではそのようにしました。
ＦＥＴは電圧動作ですから入力が中間電位の場合出力電流に歯止めがかけられなくて危険だからです。
バイポーラトランジスタの場合でも出力ショートは避けるべきですがベース抵抗（５１ＫΩ）のためわずかな電流に押さえられていると思いますし、なるべくパーツの数を減らすことでローコストなキットにしたいと考えたはず（記憶にはありませんが）なので、これはこういうことでよいのではと思います。
そういうことで予想した以上に大きい電流値の謎は解けたわけですが、せっかくここまで確認してきたことですからもう少し各部の電圧を測定してみることにしました。
入力ＡのＬＥＤのアノード電圧を測りました。
Ｒ７（２２ＫΩ）のＬＥＤ側の電圧でもあります（最初にお見せした回路図を見てください）。
２．５１８Ｖです。
意外に高い電圧値です。
入力ＢのＬＥＤについても測ってみました。
こちらも同じぐらいの値で２．５２２Ｖでした。
これは青色ＬＥＤの特性かもしれません。
思っていたよりも高い電圧値です。
さて。
ここからＬＥＤに流れている電流値が計算できます。
上のほうで図った入力Ａの電圧は３．６６５Ｖでした。
２２ＫΩのＶｃｃに近い側の電圧が３．６６５ＶでＬＥＤ側が２．５１８Ｖですから２２ＫΩの両端の電圧は３．６６５−２．５１８＝１．１４７Ｖです。
そこを流れる電流は１．１４７／２２≒０．０５ｍＡです。
すごいものです。
わずか０．０５ｍＡでＬＥＤが光ります。
それでも結構まぶしいので上の写真はちょっと輝度を落としています。
点灯しているＬＥＤ全体では０．０５×８＝０．４ｍＡです。
ところで。
上の方で基板の全入力をＶｃｃにつないだときの電流は１．４５ｍＡでした。
あれ？計算が合いません？
そうでした。
入力電圧が３．６６５Ｖから４．６９Ｖに変わっています。
その場合の２２ＫΩの両端の電圧は４．６９−２．５１８＝２．１７２Ｖです。
電流は２．１７２／２２≒０．０９９ｍＡです。
点灯しているＬＥＤ全体では０．０９９×８≒０．７９ｍＡです。
ううむ。
まだ計算が合いませんねえ。
そうか。
トランジスタのベース電流を落としていました。
入力ＡのトランジスタＴ２（２ＳＣ１８１５）のベース電圧を測りました。
０．７６０Ｖです。
入力ＢのトランジスタＴ４（２ＳＣ１８１５）のベース電圧も測りました。
こちらは０．６９０Ｖです。
Ｔ２のベース電圧のほうがやや高いのはＴ２のエミッタがＴ４のコレクタにつながっているからだと思います。
それはそうだとして、ベース電流を計算してみることにします。
Ｔ２のベース抵抗Ｒ２（５１ＫΩ）の両端の電圧は４．６９−０．７６＝３．９３Ｖです。
電流は３．９３／５１≒０．０７７ｍＡです。
Ｔ４のベース抵抗Ｒ４（５１ＫΩ）の両端の電圧は４．６９−０．６９＝４Ｖです。
電流は４／５１≒０．０７８ｍＡです。
合計すると０．０７７＋０．０７８＝０．１５５ｍＡです。
その４回路分ですから基板全体では０．１５５×４＝０．６２ｍＡになります。
さきほどの青色ＬＥＤの電流値と合わせると０．７９＋０．６２＝１．４１ｍＡです。
上のほうで測った基板全体の電流値は１．４５ｍＡでした。
４つの回路で多少のばらつきがあるだろうということなどを考えると計算は合っていると思われます。
もうひとつ残っていました。
最初に全部の入力をＧＮＤにつないだときの電流値は５ｍＡでした。
その検証がまだでした。
このときはプルアップ抵抗（１０ＫΩ）を流れる電流が加算されます。
両端の電圧値は４．６９Ｖですから電流値は０．４６９ｍＡです。
その４回路分は０．４６９×８≒３．７５ｍＡです。
２ＳＡ１０１５のベース電流も２ＳＣ１８１５とほぼ同じと考えるとその分の電流は０．６２ｍＡです。
合計すると３．７５＋０．６２＝４．３７ｍＡになります。
これに赤色ＬＥＤの電流値が加わります。
これも測定していませんが青色ＬＥＤとほぼ同じと考えてＬＥＤ４個分で約０．４ｍＡとすると基板全体では４．３７＋０．４＝４．７７ｍＡになります。
５ｍＡには少し足りませんが、こちらのほうは電圧値を測定しないで２ＳＣ１８１５の側と同じと仮定して計算した値ですから、このぐらいの誤差は許容できると思います。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第２９６回］
２０２１．２．７ｕｐｌｏａｄ
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