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３１０回］
●出力ショート電流対策
いままで書いてきましたようにバイポーラトランジスタ版ロジック回路組立キットでは入力オープンの状態では出力ショート電流が流れます。
かなり大きい電流で基板全体ではＴＲ００などでは約２０ｍＡほども流れてしまいます。
前回テストしたＴＲ８６ではさらに大きくて３３ｍＡも流れてしまいます。
入力回路につけた１０ＫΩのプルアップ抵抗のせいで入力電圧が中間電位になってしまい、そのために出力トランジスタの２ＳＡ１０１５と２ＳＣ１８１５が両方ともＯＮになってしまうことがその原因です（詳しくは［第２９６回］、［第３００回］を参照願います）。
以前作りましたＭＯＳＦＥＴのロジック回路では入力をＯＰＥＮにすることはできません。
ＭＯＳＦＥＴは電圧駆動のため入力をＯＰＥＮにすると入力がハイインピーダンスになって中間電位付近でふらつくとＰチャンネルとＮチャンネルのＦＥＴが両方ともＯＮになってしまうため大きな出力ショート電流が流れて最悪の場合素子破壊につながります。
しかしバイポーラトランジスタは電流駆動なので入力ＯＰＥＮでも入力電流（ベース電流）が流れなければＭＯＳＦＥＴのような問題は起きません。
それではなぜプルアップ抵抗をつけているのかと言いますと、その理由は［第２９５回］に書きましたように入力がない場合は入力＝Ｈと考えて、そのときでも入力回路のＬＥＤを点灯させるためです。
プルアップ抵抗がないと入力回路のＬＥＤは点灯しません。
トランジスタロジック回路にも電流は流れませんから出力回路の赤色ＬＥＤも点灯しません。
ロジック回路としてはそれはちょっと都合が悪いわけです。
プルアップ抵抗は必要でした。
詳しくは［第３２５回］で説明していますのでそちらをお読みください。
プルアップ抵抗をつけることで入力回路のＬＥＤを点灯させるとともにロジック回路の２ＳＣ１８１５もＯＮにするという一石二鳥のアイデアのはずでした。
当初はよい考えを思いついたものと思っていたのですが、まさかそのために入力が中間電位になって２ＳＣ１８１５だけではなくて２ＳＡ１０１５までもがＯＮになってしまうとは思ってもみませんでした。
要は２ＳＡ１０１５がＯＮになってしまうのが原因ですから、入力電圧がＶｃｃに近くなれば問題は解決するはずです。
なぜ入力電圧が中間電位になってしまうかといいますとＶｃｃ側に１０ＫΩのプルアップ抵抗があって、ＧＮＤ側には２２ＫΩ＋青色ＬＥＤがあるからです。
プルアップ抵抗を小さくすればよいのですけれど、そうすると入力がＬレベルのときにそれだけ大きな電流が流れてしまいます。
それはできれば避けたいところです。
となると逆に２２ＫΩの側を大きくするしかありません。
（後になってからわかってくることですが、ここから迷走がはじまりました）
しかし。
２２ＫΩでもＬＥＤに流れる電流は数十μＡのオーダーです。
それ以上抵抗を大きくしたらＬＥＤが点灯しなくなるのではないか？
ここは試してみるしかありません。
Ｖｃｃ＝４．５Ｖで抵抗を１００ＫΩにしてみました（下の回路図）。
なんとわずか２０μＡしか流れていません。
やや暗いのですけれど、それでも点灯していることはわかります。
これならＬＥＤの側の抵抗値を大きくできそうです。
それではどのくらいの大きさにすればよいか、今度は抵抗の大きさとそのときに２ＳＡ１０１５のエミッタコレクタ間に流れる電流を測ってみました。
ＴＲ０４基板を利用して直接２ＳＡ１０１５のコレクタ電流を測れるようにしました。
下がその回路図です。
まずは現在の回路と同じＲ４＝２２ＫΩで測定してみました。
２ＳＡ１０１５のコレクタ電流は２．４８ｍＡです。
これが現在のロジック回路基板のショート電流に相当します。
１個の２ＳＡ１０１５に流れるショート電流ですからＴＲ００の場合にはその８個分、２．４８×８＝１９．８４ｍＡのショート電流が流れるという計算になります。
トランジスタのｈＦＥにはばらつきがあると思いますからいつも計算通りになるとは言えませんがＴＲ００の実測値に近い数字かと思います。
測定のために組んだＴＲ０４基板の部分を拡大しました。
いちいちＲ４の抵抗を取り替えて測定するのも手間ですから抵抗値ごとに回路を実装しました。
左側がＲ４＝２２ＫΩの回路で右側はＲ４＝５１ＫΩの回路です。
今度は右側のＲ４＝５１ＫΩの回路で測定しました。
半減とまではいかないまでもかなりショート電流が減少しました。
それでもまだ１トランジスタ回路あたり１ｍＡ以上流れています。
このくらいの抵抗値にしたらてっきり流れなくなるのではないかと期待したのですが…。
ものは試しです。
それではということでもう１回路、Ｒ４＝１００ＫΩの回路を追加して作って測定してみました。
一番右側の回路です。
左側の２回路に比べると青色ＬＥＤの明るさがやや落ちるようですが見えないほどではありません。
電流は０．９３ｍＡです。
やっと１ｍＡを切りましたがまだ流れていますねえ。
青色ＬＥＤの側の抵抗を２２ＫΩ→５１ＫΩ→１００ＫΩと大きくした割には２ＳＡ１０１５のコレクタ電流（＝ショート電流）の減り方が今一つなのがちょっと疑問です。
それはそうとして、せっかく測定用の回路を組んだことですから、ほかの数値についても測定してみました。
確認しておきたいのは入力Ａの電圧です。
プルアップ抵抗とＬＥＤの電流制限抵抗との分圧比が変わってきますからＡ点の電圧も変わってくるはずです。
まずはＲ４＝２２ＫΩのときの入力Ａの電圧です。
３．６４７Ｖです。
これは以前に測った値とほぼ同じです。
次はＲ４＝５１ＫΩの回路の入力Ａの電圧です。
３．８１１Ｖです。
あれ？
余り高くありません。
もっと高い電圧になると思ったのですけれど…。
最後にＲ４＝１００ＫΩの回路の入力Ａの電圧を測りました。
あれえ？
ほとんど変わりませんね？
なぜだぁ？
さらにあれこれテストをしたり確認したりしているうちにやっと気が付きました。
おばかでありました。
落としてはならないもうひとつのファクタがあったのでした。
次回に続きます。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第３１０回］
２０２１．３．３ｕｐｌｏａｄ
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