電電高専生日記

高専生活・電子工作・プログラミングの活動記録。とっくに高専生ではない
2014-07-12 (Sat)

トランジスタで基本論理ゲートを構成する

今回も以前に学校で習ったことの復習です。トランジスタ(2SC1815)で基本論理ゲートを構成しました。構成したのは、NOTゲート、ORゲート、ANDゲートの3つです。

以下、トランジスタをTr、ベース側電流をIb、コレクタ側電流をIc、エミッタ側電流をIe、入力に5 [V]印加する場合をVin=H、印加しない場合をVin=Lとして書きます。

①NOTゲート

回路図を示します。

Vin=Lの場合、Ibは流れず、Icを流さないためにTrのコレクタエミッタ間抵抗が大きくなります。それにより、VoutはHレベルとなります。
Vin=Hの場合、Ibが流れ、Icを流すためにTrのコレクタエミッタ間抵抗が小さくなります。それにより、VoutはLレベルとなります。

実際の動作を以下に示します。


Vin = Lの場合


Vin = Hの場合

入力レベルを反転したレベルの電圧が出力されています。Vout=~Vinが成り立っています。

②ORゲート

回路図を示します。

Vin(A)=Vin(B)=Lの場合、どちらのTrもIbが流れず、Ic、Ieも流れないため、VoutはLレベルとなります。
Vin(A)かVin(B)のいずれか、または両方がHの場合、Ic、Ieが流れるため、VoutはHレベルとなります。

実際の動作を以下に示します。


Vin(A)=Vin(B)=Lの場合


Vin(A)=L, Vin(B)=Hの場合


Vin(A)=Vin(B)=Hの場合

入力が1つ以上Hレベルであれば、出力もHレベルになっています。Vout=Vin(A)+Vin(B)が成り立っています。

③ANDゲート

回路図を示します。

Vin(A)かVin(B)のいずれか、または両方がLの場合、TrのIeは流れず、最終的にVin(B)側のTrのIeは流れないため(大分説明を省いている)、VoutはLレベルとなります。
Vin(A)=Vin(B)=Hの場合、Vin(B)側のTrのIeは流れるため、VoutはHレベルとなります。

実際の動作を以下に示します。


Vin(A)=Vin(B)=Lの場合


Vin(A)=L, Vin(B)=Hの場合


Vin(A)=Vin(B)=Hの場合

入力が全てHであれば、出力もHレベルになっています。Vout=Vin(A)・Vin(B)が成り立っています。
Vin(A)=L, Vin(B)=Hのときに、Voutが0 [V]よりも少し大きくなっています。これの原因は、ベース側の抵抗が10 [kΩ]では小さすぎたからでした。Vin(A)=L, Vin(B)=Hのとき、Vin(B)側のTrのIbは、Ib=5V/10kΩ=500 [μA]となります。Ie=Ib+Icであるので、Ic=0でも、出力側に500 [μA]の電流が流れます。すると出力Voutは、Vout=1kΩ*500μA=0.5 [V]となってしまいます。ベース側の抵抗は1 [MΩ]くらいにした方がいいかも。


こんな実験をいつだったか学校でもやりました。回路図などは調べつつ書きました。
やってることは簡単なのに、回路図描いて写真撮ってアップして文章書くまでの作業に時間がかかります。今回はこれで終わり。

Last Modified : 2014-11-16

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こんばんわ
ベースが浮いているのでノイズに弱いかな
スピードを上げるのと省電力の工夫は知っているかな
新記録ならノーベル賞が 貰えるかも
2014-07-15-00:45 またまた おじさん
[ 返信 ]
Re: タイトルなし
なるほど
電位を0にするときはちゃんと接地に繋げた方が良いということですね
アドバイスありがとうございます
2014-07-15-10:22 elkosendiary
[ elkosendiary 様へ')" title="このコメントに返信する">返信 ]