NANDゲートをトランジスタで作る

ja:User:Signed-C – 投稿者が撮影, CC 表示-継承 3.0, リンクによる

RS フリップフロップといえば、ウィキペデイアに載っているゲート回路を使用した左図のような回路。
NAND ゲートを二つ使ってできていますが、NAND ゲートをトランジスタで作れば同様の回路ができるってことですね。

だからなんだって話ですが、はい、トランジスタで遊ぶネタにしようと思います (^_^;)

Sakurambo – Own work, made with Adobe Illustrator CS2, CC 表示-継承 3.0, リンクによる

ウィキペディアにある TTL 型 NAND ゲートの等価回路です。

入力 A 、B のどちらか、あるいは両方が Low のとき、R1 から VT1 へベース電流が流れて ON になり、VT2 のベースが Low になって、出力 Q は High になります。

入力 A 、B の両方が High になると、VT1 のベースからコレクタへ電流が流れます。逆トランジスタという状態ですね。
このとき、逆にエミッタからコレクタへも電流が流れます。コレクタ電流は VT2 のベースに流れ込み、VT2 が ON 、出力 Q は Low になります。

真理値表を作ってみると左表のようになります。NAND になっていますね。

入力のエミッタが二つあるマルチエミッタトランジスタは、二つのトランジスタで置き換えることができますから、このままトランジスタで作ることができそうです。

出力段は、インピーダンスを小さくするためにトーテムポールにするのが標準のようですが、今回はオープンコレクタのままやってみましょう。

スイッチ S1 、S2 は入力を High 、Low に切り替えます。

Q1 、Q2 はマルチエミッタトランジスタを構成しています。
Q1 、または Q2 のエミッタが Low のとき、ベースからエミッタへ電流が流れ、トランジスタは ON になりコレクタも Low になります。
Q3 はオープンコレクタです。ベースが Low ですからトランジスタは OFF 、出力 Q は High となり LED が消灯します。

ブレッドボード上に組み立ててみた TTL-NAND ゲート回路です。

簡単な回路ですけど、実際に組んで、入力を切り替えながら各部の電圧を測定してみると、回路の動きがよくわかります。