トランジスタとかフォトカプラで論理素子
2025.09.07
高校生の頃からコンピュータの歴史に興味を持ち始め、そのうちに自分でCPUを作りたいと思い、何か具体的な回路は無いものかと、本を読み漁っていました。
そんな本の中で、ダイオードによるOR回路などを見つけました。

ダイオードでできるんだ、と簡単に考えたのが甘かったのです。
何段も連結していくと電圧が落ちて動かなくなるのは当たり前です。
そのためにトランジスタを入れる必要がありました。

ダイオードによるAND回路にトランジスタを組み合わせるとNANDになります。DTLという回路方式で作りました。
ダイオードと抵抗とトランジスタの組み合わせです。

NANDが出来れば、あとはその組み合わせで原理的にコンピュータは作れます。
実際には馬鹿正直に同じ回路を並べたりはしません。回路的に整理できるところは整理したりします。これは論理設計と回路設計の違いです。(重要)

とにかく、そのNAND回路を作って試したのでした。

原理的な回路は教科書かどこかに書いてあるように単純ですが、実際その通りに作っても安定して動きません。
そのためにはいくつかの部品を追加する必要があります。
NANDを3段作って連結し、発振回路を作って試すぐらいで終わりました。

実験したり本を参考にして回路を検討していくと部品が増え、ゲートひとつにこれだけ部品がいるのか・・・と、当時はユニバーサル基板か感光基板で手作りするしかなかったですから、できるだけ部品の少ない方式は無いものかと考えていたのでした。

そこで目についたのはフォトカプラです。
一次側にLED、二次側にフォトトランジスタが組み込まれています。
本来の目的は、信号の絶縁です。電位差のある回路同士で信号のやりとりをする為に必要な部品です。光を通して信号のやりとりをします。

このフォトカプラのトランジスタを並列につないでいけばORじゃないかと。(当たり前)
直列につないでいけばANDじゃないかと。そんなふうに、また単純に考えていました。

その考えで基本回路や半加算器かRSフリップフロップまで試してみたのですが、思うように動きません。
当時は理解が足りなかったのでしょう。とりあえず、簡単じゃないんだなという感触をつかんだのが唯一の収穫でした。

トランジスタでもフォトカプラでも、動いている様子が視覚・聴覚に訴えないと面白くないわけで、結局どっちで作っても同じだなということでフォトカプラの採用はあきらめたのでした。
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