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８回］
●ＣＭＯＳＦＥＴ回路
ＮＤ８０ＺⅢやＭＹＣＰＵ８０などをご購入いただいた、昔からのお客様からメールをいただきました。
［第６回］をお読みになって、ＣＭＯＳＦＥＴ回路がバイポーラトランジスタで言うとＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタのコレクタ同士を接続した形になっていてとても恐ろしい回路のように思えるが大丈夫ですか？壊れたりしませんか？
というご心配のメールでした。
私の説明がちょっと舌足らずだったかもしれません。
ご心配をおかけして申し訳ありませんでした。
ＭＯＳＦＥＴとバイポーラトランジスタは使い方がよく似ています、と書きましたが、実はコンプリメンタリ回路については全く逆の使い方になります。
下は［第６回］でお見せしたＣＭＯＳＦＥＴインバータ回路です。
ＭＯＳＦＥＴのコンプリメンタリ回路です。
これに対してバイポーラトランジスタのコンプリメンタリ回路は下図のようになります。
別名プッシュプル回路です。
ＮＤ８０ＺⅢ（ＮＤ８０Ｚ３．５）やＭＹＣＰＵ８０のスピーカー出力回路にも使っています。
ＭＯＳＦＥＴの回路とはトランジスタの上下の位置が逆になっています。
バイポーラトランジスタはＣＭＯＳＦＥＴ回路のようには配置できません。
そのように置くと下図の矢印のようにＰＮＰのエミッタ→ベース→ＮＰＮのベース→エミッタの向きに電流が流れてしまい、２つのトランジスタが常時ＯＮになってしまいます。
ＭＯＳＦＥＴの場合にそのようにならないわけは回路図記号に表されています。
ＭＯＳＦＥＴではソース、ドレインとゲートとの間が絶縁されていて、ソース、ゲート間には電流は流れません。
ＭＯＳＦＥＴの回路図記号はそのことを強調しています。
ですからＣＭＯＳＦＥＴの回路のように接続しても、バイポーラトランジスタの場合のような電流は流れません。
ところでバイポーラトランジスタのプッシュプル回路は入力と出力が同相です。
つまり入力がＨのとき出力がＨで、入力がＬのとき出力もＬです。
単なるバッファにしかなりませんから、この回路でロジック回路を作ることはできません。
ロジック回路を作るにはインバータ回路が必要なのです。
ＭＯＳＦＥＴを使うと２個のトランジスタを使ったシンプルなコンプリメンタリ回路で簡単にインバータを作ることができます。
電圧動作なので消費電流が少なく、電流制限抵抗が不要なので高速動作が可能ということに加えて簡単にインバータを作ることができる、ということが広くＭＯＳＦＥＴがロジック回路に使われるようになった理由であると思います。
さてそれはそれとしまして、ＣＭＯＳＦＥＴ回路で入力が１／２Ｖｄｄ付近のときに両方のトランジスタがＯＮになってしまうことについては、じつは私もちょっと心配ではありました。
そこで本当のところがどうなのかということを実験で確認してみました。
●電流を測定してみました
下図の簡単な回路でゲート電圧を変化させたときにドレイン電流がどれくらい流れるかを測定してみました。
ドレインソース間が完全にＯＮになったときにショート状態になるのがちょっと恐かったので１０Ωを直列に入れました。
仮にドレインソース間が完全に導通したとしても流れる電流は最大５００ｍＡです。
絶対最大定格を越えますが短時間なら多分大丈夫でしょう。
最悪の場合破損しても実験のための尊い犠牲であります。
まずは２Ｎ７０００で実験したところ下の結果になりました。
ゲート電圧 ドレイン電流
２．５Ｖ ０ｍＡ
３Ｖ １００ｍＡ
３．５Ｖ ２００ｍＡ
４Ｖ ３５０ｍＡ
５Ｖ ３７５ｍＡ
次にＢＳＳ８４で実験したところ下の結果になりました。
ゲート電圧 ドレイン電流
０Ｖ ２３０ｍＡ
１．５Ｖ ２００ｍＡ
２Ｖ １５０ｍＡ
２．５Ｖ １００ｍＡ
３Ｖ ２０ｍＡ
３．２Ｖ ０ｍＡ
うーん。
ちょっと測定が雑っぽかったですねえ。
まあ、でもざっと見たところ両方のＭＯＳＦＥＴがＯＮになるのは２．５Ｖから３Ｖの間で、そのときに流れる電流はせいぜい数１０ｍＡ程度のようです。
もっともｄａｔａｓｈｅｅｔによるとかなりばらつきがあるようですから、なかにはもっと流れる組み合わせもあるかも知れません。
しかしＣＭＯＳＦＥＴ回路は入力電圧が１／２Ｖｄｄ近辺でも、当初考えていたほど大きな電流は流れないらしいということのようで、ちょっと安心しました。
実はＣＭＯＳＦＥＴ回路の電流については、今回とは別の実験も行なったのですが、本日は時間がなくなってしまいましたので、そのことにつきましては次回に説明することにいたします。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第８回］
２０１５．３．１１ｕｐｌｏａｄ
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