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３００回］
●トランジスタロジック回路組立キットＴＲ００（３）
［第２９７回］〜［第２９９回］はテーマ違いですけれどホームページの画像表示について書きました。
ｈｔｔｐ：からｈｔｔｐｓ：への画像のお引越しは準備に取り掛かったところです。
引越しが終るまで少し日数がかかりそうです。
不便をおかけして申し訳ありませんがしばらくご辛抱いただきますようお願いいたします。
今回は久し振りの本題復帰です。
［第２９６回］からの続きになります。
そのときは一件落着のつもりだったのですが、まだなんとなくすっきりしないものが残っています。
そもそもの始まりは、ＴＲ００の電流を測ったらまさかの１９ｍＡも流れていた、ということからでした。
その後にあれこれ試して測定して計算して、１９ｍＡも流れたのは入力が浮き上がっていたためトランジスタの出力が微妙にショートしたかららしい、という結論になりました。
それが［第２９６回］の結論でした。
しかしそれは入力をＶｃｃまたはＧＮＤにすべてつないだら電流が大幅に減ったということから推論して、入力をオープンの状態にしたから１９ｍＡも流れたのだろうという、まあ当たり前の結論だったのですが。
まだ本心では納得できてないのですよねえ。
そのココロは。
いくら出力ショートしたってこの回路で１９ｍＡも流れるはずはない。
ちょっと流れすぎだろうよ。
というところにありました。
今回は入力が中間電位に近くなるために出力ショートぎみになっていると本当に１９ｍＡも流れるのだろうか、という疑問についての検証です。
ちょっとしつこいようですけれどこういうことは徹底的にやっておいたほうが後々のためになると思います。
何事も「たぶん」「だろう」のまま進んではいけませぬ。
あ。
そうでした。
ついでに赤色ＬＥＤの電流も確認しました。
［第２９６回］では「多分青色ＬＥＤと同じだろう」ということで済ませていました。
青色ＬＥＤの場合はアノード側の電圧が予想していたよりも高めの２．５２Ｖでした。
電流制限抵抗２２ＫΩのＶｃｃ側の電圧は３．６７Ｖでしたからそこを流れる電流は（３．６７−２．５２）／２２＝０．０５ｍＡという驚きの結果になりました。
わずか０．０５ｍＡで十分光るのですから驚きです。
それで。
赤色ＬＥＤについて測ってみましたところ、アノードの電圧は１．７４Ｖでした。
そうですよね。
ＬＥＤは普通のシリコンダイオードを２個直列したぐらいというように覚えていましたから、その電圧は納得できます。
このとき電流制限抵抗２２ＫΩのＶｃｃ側の電圧は４．６９Ｖでした。
するとそこを流れる電流は（４．６９−１．７４）／２２＝０．１３ｍＡになります。
青色ＬＥＤに比べれば大きいとはいうものの、こちらもとにかくコンマ以下の電流ですから、最近のＬＥＤの高輝度なことにはとにかく素直に感心いたします。
さて本題に戻ります。
下は［第２３６回］でお見せしたＴＲ００の１ゲート分の回路図です。
［第２９６回］でもお見せしましたが説明の助けになると思いますので再掲します。
今回は入力をオープンのままにすると基板全体で１９ｍＡ流れるというところからスタートして、まずはその状態のとき１ゲート回路に流れる電流を推測してみました。
ＴＲ００回路基板にはＮＡＮＤ回路が４回路あります。
以下の説明ではその４回路の入力と出力に番号をつけて、１Ａ、１Ｂ、１Ｘ…４Ａ、４Ｂ、４Ｘとします。
以下が測定の結果です。
１）全ての入力がオープンのときの全体の電流値は１９．１ｍＡでした。
２）１ＡのみをＧＮＤにしたときの全体の電流値は１６．１ｍＡでした。
３）１Ａと２ＡをＧＮＤにしたときの全体の電流値は１２．６ｍＡでした。
４）１Ａと２Ａと３ＡをＧＮＤにしたときの全体の電流値は８．４ｍＡでした。
５）１Ａと２Ａと３Ａと４ＡをＧＮＤにしたときの全体の電流値は３．２ｍＡでした。
１）と２）の差は３．０ｍＡ、２）と３）との差は３．５ｍＡ、３）と４）との差は４．２ｍＡ、４）と５）との差は５．２ｍＡです。
うーん。
これじゃあちょっとわかりませんねえ。
入力ＡかＢをＧＮＤにすることでその回路の出力はＯＦＦになりますから出力ショートではなくなります。
その分の電流は減りますが入力をＧＮＤにしたためプルアップ抵抗を流れる電流は増加します。
しかしそれだけではないようです。
そういうことを考慮しても差は一定のはずです。
ところが実際には入力オープンの回路が減るにしたがって電流の減少幅が大きくなっています。
これはちょっと謎なのですがたまたま素子にばらつきがあるのか、それとも相互に何か影響するところが出てくるのかも知れません。
別の方法で測定をしてみました。
今度は１回路のみを入力オープンにしてみました。
上のテストの場合４）は回路４のみが入力オープンです。
そのときの電流値は８．４ｍＡでした。
６）回路３のみを入力オープンにしたときの全体の電流値は８．１ｍＡでした。
７）回路２のみを入力オープンにしたときの全体の電流値は８．０ｍＡでした。
８）回路１のみを入力オープンにしたときの全体の電流値は７．９ｍＡでした。
今回は大体同じ数値が得られましたがやはり回路１→回路４の順に電流値が大きくなる傾向があります。
極端な差はありませんからたまたまそういうばらつきが出たと考えてもよいと思います。
さてそれで。
いずれか１回路を入力オープンにしたときに全体の電流値は約８ｍＡでした。
全部を入力オープンではなくしたときの全体の電流値は約３ｍＡでした。
するとちょっとアバウトですけれど１つの回路を入力オープンにしたときに出力ショートによって流れる電流は約５ｍＡと推測できます。
これは４回路全部が入力オープンのときの全体の電流量の１９ｍＡと符合します。
やはり１回路で５ｍＡも流れることが確認できてしまいました。
回路図を見たってそんなに流れるとはとても思えないのですけれどねえ。
どうにも気持ちが悪いのでさらに追求をしてみることにしました。
［第２９６回］では２ＳＣ１８１５のベース電流を計算で求めました。
しかし２ＳＡ１０１５については計算しませんでした。
今回の出力ショート問題ではプルアップ抵抗によって２ＳＣ１８１５の側はもともと完全に導通状態です。
そこに２ＳＡ１０１５が中途半端にＯＮになることで５ｍＡ流れるわけですから、結局その５ｍＡは２ＳＡ１０１５のエミッタコレクタ間の電流だと考えられます。
入力電圧は３．６６５Ｖで２ＳＡ１０１５のエミッタ電圧は４．６９Ｖ（＝Ｖｃｃ）ですからその差はわずか１Ｖほどです（［第２９６回］参照）。
シリコントランジスタはエミッタベース間が約０．８Ｖを越えないとエミッタコレクタ間に電流は流れません。
そこに５１ＫΩのベース抵抗が直列に入っているわけですからそんな状態でエミッタコレクタ間に電流が流れるといってもたかが知れているではないか、と当初は考えたわけです。
どう考えたって５ｍＡは大きすぎる、でしょう。
ま、しかし、まずはそこのところを確かめてみることにしました。
本当は実際の回路で２ＳＡ１０１５のコレクタと２ＳＣ１８１５のコレクタの間をカットしてそこに電流計を挿入すればわかることですけれど、それは最後の手段です。
そういうシロートっぽいことはやりたくありませぬ。
そこでまずは２ＳＡ１０１５のベース抵抗５１ＫΩを流れる電流を求めてみることにしました。
２ＳＡ１０１５（Ｔ１）のベースの電圧を測りました。
４．０１Ｖです。
エミッタ電圧は４．６９Ｖ（＝Ｖｃｃ）ですからエミッタベース間電圧は０．６８Ｖです。
ベース抵抗が５１ＫΩと大きいためベース電流はわずかしか流れませんからこの程度の値かなと納得できます。
それで、この４．０１Ｖが５１ＫΩのベース側の電圧値で抵抗の反対側の値は入力端子の電圧の３．６６５Ｖですから５１ＫΩの両端の電圧差は４．０１−３．６６５＝０．３４５Ｖになります。
そこを流れる電流は０．３４５／５１≒０．００６８ｍＡです。
うわあ。
マイクロアンペアじゃありませんか。
すると増幅率（ｈＦＥ）は？
上のほうで求めた５ｍＡという値はＴ１とＴ３のコレクタ電流を合算したものですから片方の２ＳＡ１０１５のコレクタ電流は２．５ｍＡです。
するとｈＦＥは２．５／０．００６８≒３６７（！）。
えええ？
３６７倍？
そんなにあるのお？
私はせいぜい１００〜１５０ぐらいと思っていました。
これは確認する必要があります。
下は２ＳＡ１０１５のデータシートです。
［出典］Ｔｏｓｈｉｂａ ２ＳＡ１０１５ Ｄａｔａｓｈｅｅｔ
ｈＦＥを見ると、おお７０〜４００になっていますね。
Ｎｏｔｅ：にはＧＲ：２００〜４００とあります。
ひょっとして。
今使っている２ＳＡ１０１５と２ＳＣ１８１５です。
左がＡ１０１５で右がＣ１８１５です。
東芝製ではありませんが「ＧＲ」の文字があります。
そういうことだったのでした。
ｈＦＥが２００〜４００ということならば、わずか数μＡのベース電流で２．５ｍＡのコレクタ電流が流れてもおかしくはない、ということになります。
いやあ。
そんなにすごい増幅率とは思ってもみませんでした。
あ。
これはたまたま仕入れたものがそうだったというだけでそんなにすごい増幅率は要りません。
ＯＮのときにせいぜい１０ｍＡも流せればよいので、そうするとｈＦＥが１００ならベース電流は０．１ｍＡあれば足ります。
ベース抵抗が５１ＫΩでＶｃｃ＝５Ｖならちょうどそのくらいです。
そういうことからすればＧＲでなくてもＹでもひょっとするとＯランク品でもよいかと思います。
それはともかくとして、これでやっと腑に落ちました。
おお。
そうでした。
ｈＦＥについてはもっとダイレクトに測定する方法がありました。
Ｔ１だけをアクティブにしておいて出力ショートさせてみればよかったのでした。
今回の最初のところのテストで５）では３．２ｍＡ流れました。
その状態でＴ１のみをアクティブにするためにさらに１ＢをＶｃｃに接続します。
これでＴ３は結果に影響しなくなります。
また１ＡがＧＮＤなのでＴ２、Ｔ４にも電流は流れません。
その状態で出力１ＸをＧＮＤにショートさせて１ＸとＧＮＤの間を流れる電流を測ったところ２６ｍＡでした。
おお。結構流れますねえ。
またそのときのＴ１のベースの電圧は３．９７Ｖでした。
するとベース抵抗を流れる電流は３．９７／５１≒０．０７７８ｍＡになります。
１桁数値が大きくなりました。
それからｈＦＥを求めると２６／０．０７７８≒３３４になります。
なるほど。
この方法でもデータシート通りの結果が得られました。
あらためて納得です。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第３００回］
２０２１．２．１８ｕｐｌｏａｄ
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