Honchan

OR回路

ANDと回路来たら次はOR回路。

ORは「または」回路。入力Aが1または入力Bが1の時、出力が1となる。真理値表に表すと以下の通り。

NOR回路

NOR回路はOR回路の出力を反転させたものである。よって、入力ABのどちらか一方でも1の場合、0を出力する。真理値表表は下記になる。

NOR回路をトランジスタで

まずはNOR回路をトランジスタで作る。NAND回路のときはNOT回路を縦に2つ接続した。今回はNOT回路を横に2つ接続するイメージで作る。

NOR回路の回路図を以下に示す。2つのNOT回路の出力が重なった形になっている。

回路図記号で示すと下記のようになる。

動作する様子を示す。入力ABの一方でも1となった場合、出力が0となる。

OR回路をトランジスタで

次にOR回路をトランジスタで作ってみよう。OR回路とNOR回路は逆の関係である。OR回路はNOR回路を否定すれば良い。よってNOR回路の出力にNOT回路を接続するとOR回路になる。

回路図を示す。NOR回路の出力にNOT回路が接続されている。

回路記号で表すと以下の通り。

最後にOR回路が動作する様子を示す。入力ABの片方でも1の場合、出力は1となる。

AND回路

NOT回路に続いて次はAND回路を紹介しよう。AND回路とは入力が２つあり、2つの入力が両方とも1の場合のみ1を出力する回路である。

表であらわすと以下の通りとなる。ちなみにこのような入出力の関係をまとめた表を真理値表という。

NAND回路

AND回路の次はNAND回路を示す。NAND回路はAND回路の出力を反転させたものである。よって、入力AB両方が1の時のみ0を出力する。真理値表は下記になる。

NAND回路をトランジスタで

まずはNAND回路をトランジスタで作ってみよう。まず思いだすとNOTというのは0を入力すると1が出力された。NANDというのはそれを直列に組み合わせる事になる。

回路図を示す。NOT回路が縦に2つ接続されたような回路となっている。

動作する様子を動画で示す。入力が両方とも1（Hi）のときのみ出力が0（Lo）となる。

回路記号は以下のようになる。

AND回路をトランジスタで

次はAND回路。AND回路とNAND回路は逆の関係である。よってAND回路はさっきのNAND回路を否定すれば良い。ということは、NAND回路の出力にNOT回路を接続すれば良い。

下の動画のように入力が両方とも1のときのみ出力が1となる。

回路記号は以下の通り。

電圧と数値表現

コンピュータは数値をすべて0または1で表す。ここで0、１とは回路的にはどういう状態なのか？

論理回路では電圧が高い状態を１、低い状態を０とする。電圧が高いとは電源電圧に近い状態のことである。いま電源電圧を5Vとすると2.5V以上を電圧が高い状態（これをHiという）、2.5V未満を電圧が低い状態（これをLoという）とする。(実際の論理ゲートICにはヒステリシスというものがあって、ちょうど2.5Vにはなって無いんだけど。)

よって、まとめると以下の通り。

論理回路

論理回路とは、コンピュータで論理演算を行うための回路のこと。入力に0または1を入力すると、出力が0または1になる。

論理回路にはいくつかの種類があるが、ここでは以下の回路を紹介する。

• NOT回路
• AND回路
• OR回路
• NAND回路
• NOR回路

NOT回路

まず、もっとも単純なNOT回路を示す。NOTとは否定である。入力の値を否定する値を出力する。入力の値を反転して出力する回路である。

よってNOT回路は以下のような動きになる。

• 0を入力すると、1を出力する
• 1を入力すると、0を出力する

これはまさしく前回紹介したトランジスタのスイッチで実現できる。回路は、前回そのままの回路となる。

ところで、上記のような回路を毎回書くのは面倒だ…笑　そんなときのために便利な回路記号が使用できる。NOT回路は下記の記号で表すことが出来る。

トランジスタの使い方

前回でトランジスタの原理は分かったが、では実際にどうやって使えば良いのか。今回は使い方を説明する。ざっくりと分かれば良いので細かいことの説明は省くとする。

前回の投稿で、トランジスタには増幅作用とスイッチング作用があると説明したが、今回はこの内のスイッチング作用のみを考える。論理回路では信号増幅は考えないからだ。

接続方法

スイッチング、名前の通りスイッチである。ON・OFFを制御するもの。トランジスタをスイッチとして使うには以下のように回路を組む。

まずベースに対し直列に抵抗を接続し、更にベース-エミッタ間に並列になるようにもう一つ抵抗を接続する。それぞれの役割はトランジスタ自身を電流制御するためと、ノイズやチャタリングを防ぎ動作を安定させるためだが、詳しく説明すると長くなるため説明は割愛する。次にエミッタを接地する。

更に、ベース側をInput、コレクタ側をOutputとして、Output側をプルアップ抵抗を介して電源に接続する。プルアップ抵抗についても本題から逸れるため説明は割愛する。

スイッチング動作

簡略化のためトランジスタの部分を完全にスイッチとして見なしてしまおう。こうすると理解が簡単になる。Inputに電圧を加えない状態ではスイッチが開いていて、Inputに電圧を加えるとスイッチが閉じるといった理解でよい。

Inputに電圧を加えないと… 下図のようになる。スイッチは開いておりOutputは電源の5Vに接続されている。

よって、Inputに0Vを加えるとOutputは5Vとなる。

次にInputに電圧を加えた場合を考える。その場合は下図のようになる。スイッチは閉じており、OutputはGND（0V）に接続される。

よって、Inputに5Vを加えるとOutputは0Vとなる。

以上のようにInput電圧を変化させる事で、OutputのON/OFFを制御することが出来る。