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３２９回］
●トランジスタの逆接続
前回からの続きです。
前回書きましたようにＴＲ１２６回路でＡ＝０、Ｅ＝０のときに出力ＬＥＤが薄く点灯してしまいます。
最初は出力トランジスタ２ＳＡ１０１５（Ｔ１）からの漏れ電流かと思ったのですが、なんとその電流は２ＳＣ１８１５（Ｔ２）のベースからコレクタを経由して出力されていました。
この問題はもう何回もぶつかっていい加減頭に入っていたつもりだったのですが、すぐに忘れてしまいます。
ほんとに歳は取りたくないものです。
回路図をながめていましたら、Ａ＝０、Ｅ＝０のときに出力トランジスタの２ＳＣ１８１５（Ｔ２）が逆接続状態になっていることに気が付きました。
ＴＲ１２６の回路図で説明します。
入力Ｅが０のときはＴ３とＴ４がＯＦＦになります。
すると出力回路のＴ１とＴ２はＶｃｃとＧＮＤから切り離されてＶｃｃからもＧＮＤからも浮いた状態になります。
当然出力はハイインピーダンスになると思ったのですが。
バイポーラトランジスタのちょいと困った特性のことをうっかり忘れてしまっていました。
入力Ａが０の場合にはＴ５がＯＮになります。
Ｅ＝１のときはＴ３とＴ４がともにＯＮになるので出力段のＴ１、Ｔ２は普通の動作になりＴ２がＯＮになって出力が０になります。
しかしＥ＝０のときは上の回路図のように出力回路とＧＮＤの間が抵抗などでつながっていると、そこに→の向きに電流が流れてしまいます。
通常の接続のようにＴ２のエミッタが（Ｔ４を介して）ＧＮＤに接続されている場合にはＴ２は普通のトランジスタの動作になってベースからエミッタにベース電流が流れると同時にコレクタからエミッタに増幅された電流が流れます。
ところがそれとは逆にコレクタがＧＮＤ側に、エミッタがＶｃｃ側に接続されている場合でもトランジスタとして働いてしまいます。
それがトランジスタの逆接続です。
その場合には通常の接続とは逆にエミッタからコレクタに電流が流れます。
もっとも普通の接続に比べて増幅率はかなり低下します。
問題は今回の場合のようにエミッタがオープンの場合です。
そこをうっかりしておりました。
その場合でもベース電圧がコレクタ電圧よりも高いとベースからコレクタに逆電流が流れてしまいます（エミッタがオープンなのでエミッタからコレクタに電流は流れませんが）。
以上はＴ２（２ＳＣ１８１５）についての説明ですが、Ｔ１（２ＳＡ１０１５）についても全く同じことがいえます。
２ＳＡ１０１５の場合にはコレクタがＶｃｃ側に、エミッタがＧＮＤ側に接続されていてベース電圧がコレクタ側よりも低いとコレクタからベースに向かってベース電流が流れてコレクタからエミッタに逆電流が流れます。
エミッタがオープンの場合にはコレクタエミッタ間には電流は流れませんが、コレクタベース間には電流が流れます。
このこと（トランジスタの逆接続）については［第２００回］で詳しく説明していますのでそちらもお読みください。
ＴＲ１２６回路のようにその状態がどうしても避けられない場合に、それを回避するには［第２０１回］で書きましたようにコレクタエミッタのラインにダイオードを挿入します。
［第２０１回］ではエミッタから流入する逆電流を阻止するためにエミッタ側にダイオードを入れましたが、今回はエミッタが開放状態のときにベースコレクタ間に流れる逆電流を防ぐことになりますから、コレクタ側にダイオードを挿入します。
そのように考えて変更した回路図です。
ＴＲ１２６回路基板に手を加えてダイオードを追加しました。
とりあえずの動作テストですから左端の１回路だけ変更しました。
変更後の回路でＥ＝０、Ａ＝０のときに出力ＸをＧＮＤにショートさせてそのときの電流を測ってみました。
漏れ電流はなくなりました。
逆にＸをＶｃｃ（４．６Ｖ）にショートさせました。
この場合にはわずかに電流が流れます（０．１３ｍＡ）。
２２ＫΩを通して赤色ＬＥＤに電流が流れるためです（赤色ＬＥＤが点灯しています）。
そのことを計算で確かめてみます。
赤色ダイオードのアノードの電圧は前回測定しました。
１．６４８Ｖです。
Ｘ出力をＶｃｃ（４．６Ｖ）に接続しましたから、そのときに抵抗Ｒ１５（２２ＫΩ）の両端の電圧差は
４．６−１．６４８＝２．９５２Ｖ
です。
抵抗Ｒ１５（２２ＫΩ）に流れる電流（＝赤色ＬＥＤに流れる電流）は
２．９５２／２２＝０．１３４ｍＡ
です。
実測値と一致しました。
以上のことからダイオードを追加したことでＥ＝０、Ａ＝０のときに逆電流が流れなくなったことが確かめられました。
しかしよいことだけではありません。
ダイオードを追加したことで出力がＯＮのときのＨ電圧がＶｃｃよりダイオード１個分低くなり、Ｌ電圧はＧＮＤよりダイオード１個分高くなります。
Ｅ＝１、Ａ＝０のときにＸとＶｃｃとの間の電流を測りました。
Ｔ２がＯＮになっています。
そのままだとショートしてしまいますから間に１ＫΩの抵抗を入れて測定しました。
普通のロジック回路なら４．６ｍＡ流れるはずですがダイオードがあるために電流がそれよりも少なくなります。
Ｘの電圧を測りました。
ダイオードのために０．７〜０．８Ｖ浮き上がってしまいます。
１ＫΩ抵抗の両端の電圧差は
４．６−０．７８６＝３．９１４Ｖ
です。
計算上は１ＫΩを挿入したときに流れる電流は約３．９ｍＡです。
実測値は３．８ｍＡほどですからほぼ計算と一致しています。
Ｅ＝１、Ａ＝１のときにＸとＧＮＤとの間の電流を測りました。
Ｔ１がＯＮになっています。
そのままだとショートしてしまいますから間に１ＫΩの抵抗を入れて測定しました。
普通のロジック回路なら４．６ｍＡ流れるはずですがダイオードがあるために電流がそれよりも少なくなります。
Ｘの電圧を測りました。
ダイオードのために０．７〜０．８Ｖ低くなってしまいます。
１ＫΩの両端の電圧差は３．７６８Ｖです。
計算上は１ＫΩを挿入したときに流れる電流は約３．８ｍＡです。
実測値は３．７ｍＡほどですからほぼ計算と一致しています。
ということで出力電圧はＨのときはＶｃｃよりも０．７〜０．８Ｖ低くなり、Ｌのときは０．７〜０．８Ｖになりますが、逆電流を防ぐためにはやむをえないことでしょう。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第３２９回］
２０２１．３．２３ｕｐｌｏａｄ
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