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４１８回］
●バイナリカウンタ回路の改良（８）
今回はＲ１４について書くつもりだったのですがまたまた予定変更です。
前回をＵＰしたあとで気が付いたことがあります。
ＭＹＣＰＵ８０ＴＲはできればＣＰＵクロックを１ＭＨｚにしたいと思っています。
でもいろいろテストしながら考えていると１ＭＨｚは無理なような気がします。
トランジスタで高速マシンを作ろうなんてことは毛頭考えていません。
最終目的は８０８０をトランジスタでつくることなのですが、実用性まで考えているわけではありません。
要は動きさえすれば遅くてもいいのです。
ＣＰＵクロックさえ落とせばいろいろ出てきている問題もおのずから解決するのではないかと思います。
ということなのですけれど。
今はテストですからいけるところまで１ＭＨｚでいきたいと思っています。
それで気が付いたことなのですが。
Ｑ＿出力の遅延時間を確認するためにＣＬＯＣＫを１ＭＨｚにしてテストをしました。
しかしよくよく考えてみると確かにカウンタ回路に入力するクロックはテストとしては１ＭＨｚですがＱ＿出力がＨ、Ｌの変化をするのは１μｓごとなので、するとテストするために入力するクロックは倍の５００ＫＨｚ（半波が１μｓ）になります。
すると前回テストのためにインバータの入力の前の遅延回路には１ＭＨｚのクロックを入れるのではなくて、本当は５００ＫＨｚのクロックを入れるべきです。
ということに気が付きました。
クロックを下げれば前回のゆがんだ出力波形ももうすこしきれいになるかもしれません。
もうひとつ考えたことがあります。
前回の遅延回路はＲ＝１０ＫΩ、Ｃ＝２２ｐＦで行いました。
実際のカウンタ回路でもその数値を使うつもりだったのですが、よくよく考えてみると２２ｐＦというのは余りに小さい値です。
トランジスタのベースに入れているスピードアップコンデンサは２２ｐＦでも十分効くのでそれはそれでよいのですが遅延回路のコンデンサとしてはちょっと小さ過ぎるように思えてきました。
ＲとＣの値が遅延時間に直接関係してきますからコンデンサの値が小さいと浮遊容量などの影響が無視できなくなります。
そこでこれもまあ適当なのですがとりあえずはＣ＝１００ｐＦにしてみることにしました。
Ｒのほうは５．１ＫΩにしました。
そのように考えて今回は前回のテストをクロック５００ＫＨｚ、Ｒ＝５．１ＫΩ、Ｃ＝１００ｐＦにしてもう一度行なってみました。
下はその波形の写真です。
上側（ＣＨ１）は遅延回路に入力した５００ＫＨｚのクロックです。
カウンタ回路のＱ＿が１μｓごとにＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことを想定しています。
下側（ＣＨ２）は遅延回路を通した信号を入力したインバータ回路の出力です。
前回よりは少しはましな波形になりました。
水平時間軸を拡大しました（下の写真）。
インバータの出力波形の立ち下りのところがなんだか少しゆがんでいてちょっと振動しているようです。
これって、ひょっとしたら。
今まで簡単なテストだからということでちょいと手抜きをしていました。
下が前回と今回行なったテスト回路です（前回はＣＬＫＩＮ＝１ＭＨｚ、Ｒ＝１０ＫΩ、Ｃ＝２２ｐＦ）。
トランジスタの両エミッタ間（つまりＶｃｃとＧＮＤの間）にあるパスコン（０．１μＦセラミックコンデンサ）は手抜きでつけていませんでした。
そのせいかと思ったので回路図の通りにつけてみました。
すると。
０．１μＦの効果はてきめんでありました。
インバータの出力がきれいになりました。
水平時間軸を拡大しました（下の写真）。
立ち上がり、立ち下りはシャープではありませんが滑らかな波形になりました。
入力からの遅延は３００〜４００ｎｓほどです。
このくらいの遅延時間が得られれば上々です。
下は遅延回路の１００ｐＦコンデンサの＋側の波形です。
上側（ＣＨ１）は遅延回路の入力側のクロック波形です。
下側（ＣＨ２）は遅延回路の出力側（１００ｐＦコンデンサの＋側）の波形です。
２．５Ｖ近くを中心に１Ｖ〜３Ｖの三角波になっています。
フルスイングにはなっていません。
コンデンサが充放電するのに５００ＫＨｚでは周期が短すぎるようです。
Ｒ＝５ＫΩ、Ｃ＝１００ｐＦのときにコンデンサが９０％ぐらいまで充電、放電するには２μｓほどかかります（下の写真）。
上側（ＣＨ１）は２５０Ｈｚです。
半波は２μｓです。
これなら充放電波形（ＣＨ２）はちょうど０Ｖから＋５Ｖまでフルスイングしています。
しかしそれではＣＬＯＣＫ＝１ＭＨｚでのカウンタ回路の条件（Ｑ＿の出力間隔１μｓ以内に遅延が終了する）には間に合いません。
さてどうするか。
入力電圧幅は狭くなるけれどそれでもなんとか動作しているし厳しいのは初段（入力クロック１ＭＨｚ）だけでその上の段になれば入力は５００ＫＨｚ（Ｑ＿出力は２５０ＫＨｚ、半波は２μｓ）になるので条件通りになります。
だから。
それでよいことにするか。
一旦はそのように思ったのですけれど。
それほど手間のかかることではありません。
それに５．１ＫΩは５１ＫΩと色コードがほぼ同じです。
違うのは１０のｎ乗を示す赤と橙のところのみ。
昔と違って抵抗のサイズも小さくなってカラーコードの読みにくいこと。
赤と橙など照明の下で虫眼鏡で見るかテスターで測らないと区別できません。
５１ＫΩはおそらく千本単位で使うことになります。
これは避けたほうがよさそうです。
ということで。
結局Ｒ＝４．７ＫΩ、Ｃ＝５６ｐＦに変更して再々度テストをやり直しました。
なかなかにしんどいことです。
下はその波形です。
上側（ＣＨ１）は入力クロック（５００ＫＨｚ）です。
半波は１μｓです。
下側（ＣＨ２）は遅延回路のコンデンサ（５６ｐＦ）の＋側の波形です。
＋５Ｖから０Ｖまで放電、充電しています。
これなら文句なしです。
インバータの出力波形も確認してみました（下の写真）。
上側（ＣＨ１）は遅延回路に入力したクロック（５００ＫＨｚ）です。
下側（ＣＨ２）は遅延回路を通した信号を入力したインバータ回路の出力波形です。
入力クロックに対して３００ｎｓ程度の遅延です。
そのくらいならまあまあよいのでは、と思います。
次回はＲ１４とそのほかのことについて書くことにいたします。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第４１８回］
２０２４．２．１３ｕｐｌｏａｄ
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