私たちの多くが知っているように、集積回路またはICは、小さなパッケージ内の多くの小さな回路の組み合わせであり、一緒にコンマタスクを実行します。オペアンプや555タイマーのように、ICは多くのトランジスタ、フリップフロップ、論理ゲート、その他の組み合わせデジタル回路の組み合わせで構築されています。同様に、フリップフロップは論理ゲートの組み合わせを使用して構築でき、論理ゲート自体はいくつかのトランジスタを使用して構築できます。
論理ゲートは、多くのデジタル電子回路の基本です。基本的なフリップフロップからマイクロコントローラーまで論理ゲートは、ビットの格納方法と処理方法に関する基本的な原則を形成します。それらは、関節論理を使用して、システムのすべての入力と出力の間の関係を示します。論理ゲートにはさまざまな種類があり、それぞれにさまざまな目的で使用されるさまざまなロジックがあります。ただし、後でBJTトランジスタ回路を使用してANDゲートを構築するため、この記事ではANDゲートに焦点を当てます。エキサイティングですね。始めましょう。
ANDロジックゲート
AND論理ゲートは、2つの入力と1つの単一出力を備えたD字型の論理ゲートであり、入力と出力の間のD字型が論理回路です。入力値と出力値の関係は、以下に示すANDゲート真理値表を使用して説明できます。
方程式の出力は、Q = A xBまたはQ = ABであるANDゲートブール方程式を使用して簡単に説明できます。したがって、ANDゲートの出力があるHIGH入力の両方がある場合にのみハイ。
トランジスタ
トランジスタは、外部回路に接続できる3つの端子を持つ半導体デバイスです。このデバイスは、値を変更したり、電気信号の通過を制御したりするためのスイッチおよび増幅器としても使用できます。
以下のためにトランジスタを使用してAND論理ゲートを構築する：我々はさらに2種類に分類することができるBJTトランジスタ使用されるだろうPNPとNPN -バイポーラ接合トランジスタを。それぞれの回路記号を以下に示します。
この記事では、トランジスタを使用してANDゲート回路を構築する方法について説明します。ANDゲートの論理はすでに上で説明されており、トランジスタを使用してANDゲートを構築するには、上に示したのと同じ真理値表に従います。
必要な回路図とコンポーネント
NPNトランジスタを使用してANDゲートを構築するために必要なコンポーネントのリストは次のとおりです。
- 2つのNPNトランジスタ。（可能な場合はPNPトランジスタを使用することもできます）
- 2つの10KΩ抵抗と1つの4-5KΩ抵抗。
- 出力を確認するための1つのLED（発光ダイオード）。
- ブレッドボード。
- + 5V電源。
- 2つのプッシュボタン。
- 接続線。
この回路は、ANDゲートの入力AとB、および出力Qの両方を表します。出力Qは、2番目のトランジスタに直列に接続された最初のトランジスタのコレクタへの+ 5V電源も備えており、LEDはのエミッタ端子に接続されています。 2番目のトランジスタ。入力AとBはそれぞれトランジスタ1とトランジスタ2のベース端子に接続され、出力Qはプラス端子LEDに接続されます。下の図は、NPNトランジスタを使用してANDゲートを構築するための上記の回路を表しています。
このチュートリアルで使用されるトランジスタはBC547NPNトランジスタであり、以下に示すように、回路内の上記のすべてのコンポーネントとともに追加されました。
押しボタンがない場合は、必要に応じて（スイッチを押す代わりに）ワイヤーを追加または削除することで、ワイヤーをスイッチとして使用することもできます。同じことが、両方のトランジスタのベース端子に接続されたスイッチとしてワイヤを使用するビデオでも見ることができます。
上記のハードウェアコンポーネントを使用して構築した場合の同じ回路は、下の画像のようになります。
トランジスタを使用したANDゲートの動作
ここではトランジスタをスイッチとして使用するため、NPNトランジスタのコレクタ端子から電圧を印加すると、ベースジャンクションに0Vとコレクタ電圧の間の電圧が供給されている場合にのみ、電圧がエミッタジャンクションに到達します。
同様に、上記の回路はLEDを点灯させます。つまり、両方の入力が1（High）の場合、つまり両方のトランジスタのベース端子に電圧が供給されている場合にのみ、出力は1（High）になります。つまり、VCC（+ 5V電源）からLED、さらにはグランドへの直線電流経路があります。すべての場合で休憩すると、出力は0（低）になり、LEDはオフになります。これらはすべて、それぞれのケースを1つずつ理解することで、より詳細に説明できます。
ケース1：両方の入力がゼロの場合– A = 0&B = 0。
入力AとBの両方が0の場合、この場合はいずれの押ボタンも押す必要はありません。押しボタンを使用していない場合は、接続されているワイヤ、押しボタン、および両方のトランジスタのベース端子を取り外します。したがって、入力AとBの両方を0として取得し、出力をチェックする必要があります。これも、ANDゲートの真理値表によれば0である必要があります。
ここで、トランジスタ1のコレクタ端子から電圧を供給すると、ベース端子の値が0であるため、エミッタは入力を受け取りません。同様に、トランジスタ2のコレクタに接続されているトランジスタ1のエミッタは、電流または電圧、およびトランジスタ2のベース端子値も0です。したがって、2番目のトランジスタのエミッタは値0を出力し、その結果、LEDはオフになります。
ケース2：入力が– A = 0&B = 1の場合。
2番目のケースでは、入力がA = 0およびB = 1の場合、回路はトランジスタ1および2のベースに対して、それぞれ最初の入力を0（Low）、2番目の入力を1（High）にします。ここで、5V電源が最初のトランジスタのコレクタに渡されると、ベース端子の入力が0であるため、トランジスタの位相シフトに変化はありません。これは0値をエミッタに渡し、最初のトランジスタのエミッタは2番目のトランジスタのコレクタに直列に接続されているため、0の値は2番目のトランジスタのコレクタに入ります。
ここで、2番目のトランジスタのベースの値が高いため、コレクタで受信した同じ値をエミッタに渡すことができます。ただし、2番目のトランジスタのコレクタ端子の値は0であるため、エミッタも0になり、エミッタに接続されているLEDは点灯しません。
ケース3：入力が– A = 1&B = 0の場合。
ここで、入力は、第１のトランジスタベースでは１（高）であり、第２のトランジスタベースでは低である。したがって、電流経路は、5V電源から始まり、第1トランジスタのベース端子値が高いため、第1トランジスタのコレクタとエミッタを通過する第2トランジスタのコレクタになります。
しかし、2番目のトランジスタでは、ベース端子の値が0であるため、コレクタから2番目のトランジスタのエミッタに電流が流れず、その結果、LEDはオフのままになります。
ケース4：両方の入力が1の場合– A = 1&B = 1。
最後のケースとここでは両方の入力がハイであると想定されており、両方のトランジスタのベース端子に接続されています。これは、電流または電圧が両方のトランジスタのコレクタを通過するたびに、ベースが飽和状態に達し、トランジスタが導通することを意味します。
実際には、トランジスタ1のコレクタ端子に+ 5V電源が供給され、ベース端子も飽和している場合、トランジスタは順方向にバイアスされているため、エミッタ端子は高出力を受け取ります。エミッタでのこの高出力は、直列接続を介して2番目のトランジスタのコレクタに直接送られます。ここで、同様に2番目のトランジスタでも、コレクタの入力が高く、この場合、ベース端子も高くなります。つまり、2番目のトランジスタも飽和状態にあり、高い入力がコレクタからエミッタに渡されます。エミッタでのこの高出力はLEDに送られ、LEDがオンになります。
したがって、4つのケースはすべて、実際のAND論理ゲートと同じ入力と出力を持ちます。したがって、トランジスタを使用してAND論理ゲートを構築しました。チュートリアルを理解し、新しいことを楽しんでいただければ幸いです。セットアップの完全な動作は、以下のビデオで見つけることができます。次のチュートリアルでは、トランジスタを使用してORゲートを構築し、トランジスタを使用してNOTゲートを構築する方法も学習します。ご不明な点がございましたら、下のコメントセクションに残すか、フォーラムを使用してその他の技術的な質問をご覧ください。