トランジスタで８０８０をつくってしまおうというまさにびっくり仰天、狂気のプロジェクトです！
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見事にできましたら、もちろんＴＫ−８０モニタを乗せて、それからＢＡＳＩＣ、ＣＰ／Ｍを走らせましょう！
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［第４回］
●ＭＯＳＦＥＴの利点
前回は消去法で最終的にＭＯＳＦＥＴが残りました。
しかもそれがＭＹＣＰＵ８０を構成しております、７４ＨＣナンバーの汎用ロジックＩＣに使われているトランジスタでもあったことから、もうそれしかない、という結論になったのでありますが。
ここはもう少し慎重になって、ＭＯＳＦＥＴはほかのバイポーラトランジスタと比べて、どのような利点があるのかということについて、念のために整理しておくべきでありましょう。
利点その１）ＭＯＳＦＥＴは電圧駆動である
２ＳＣ１８１５、２ＳＡ１０１５などのバイポーラトランジスタに比べて最大の特徴にしてかつ最大の利点はなんといっても電圧駆動であるという点です。
バイポーラトランジスタは電流駆動ですからベースエミッタ間に電流を流さなければなりません。
もっともたとえば２ＳＣ１８１５ではｈＦＥ（電流増幅率）は最低でも７０倍もありますから、ベース抵抗を２５ＫΩ（Ｖｃｃ＝５Ｖのときにベース電流が０．２ｍＡ）にしてもコレクタエミッタ間には少なくとも１４ｍＡは流せる計算ですから、理屈の上では、それならなにも電圧駆動にこだわらなくても、バイポーラトランジスタでも十分使えそうではないか、という気がしないでもありません。
うーん。
よく考えてみると、そうですよねえ。
たとえばトランジスタを５０００個使ったとして０．２ｍＡ×５０００＝１０００ｍＡですから、それならなんとかぎりぎりセーフかも。
５０００個！
ええ。
おそらくは、そのくらいの数は間違いなく使うことになりそうです。
とんでもないプロジェクトなのであります。
それはそれとしまして。
その程度の電流で済んだとしましても、それはトランジスタのみのお話です。
そのほかにＬＥＤの消費電流も考えなければなりません。
ちなみにＭＹＣＰＵ８０では約３００個のＬＥＤを使っています。
１個あたり１ｍＡは流れます。
もっともこの全てが常時点灯するわけではありませんが、全点灯すれば３００ｍＡを消費します。
そのほかにＴＫ−８０回路もつけるつもりですから、その分の消費電流も計算に入れておかなければなりません。
あ。
今回は「８０８０をトランジスタでつくる」という企画でありますから、ＴＫ−８０の回路はトランジスタでは作りません。
こちらについてはＭＹＣＰＵ８０と同様に、ＲＯＭ、ＲＡＭと汎用ＴＴＬ、ＨＣＭＯＳＩＣその他で構成するつもりです。
ということになりますと、電源は＋５Ｖ２Ａは必要になるでありましょう。
うーん。
やっぱりぎりぎりといいますか、ちょっと苦しいかも知れませんねえ。
その点ＭＯＳＦＥＴを使うということですと、理屈の上では、バイポーラトランジスタの場合に必要なベース電流の分を除外できますから、そのメリットは絶大であるといえましょう。
しかしこの点につきましては、思わぬ事態の展開によりまして、あとでまた考察しなければならなくなります。
利点その２）入力インピーダンスがきわめて高い
これは電圧駆動であることから当然に導き出せることなのですが、入力インピーダンスがきわめて高いため、回路が簡単になりますし、負荷を考えないで設計することができます。
これは楽です。
利点その３）バイポーラトランジスタと同じ感覚で使える
ゲートをベースに、ソースをエミッタに、ドレインをコレクタに読み替えれば、バイポーラトランジスタと全く同じ端子接続で使うことができます。
これはとても有難いことです。
特に今回のようにとんでもない数のトランジスタ回路を考えなければならない場合に、今まで慣れ親しんできたバイポーラトランジスタと同じ感覚で使うことができるというのは、とても助かります。
利点その４）スレッショルド電圧が約２Ｖである
データシートによれば素子によってかなりばらつきがあるようですが、だいたい２Ｖ近辺でＯＮになります。
これはバイポーラシリコントランジスタの約０．８Ｖに比べてかなり高い値です。
ということはノイズマージンがかなり大きく取れることになりますから、設計が楽になります。
この利点は７４ＨＣシリーズが７４ＬＳに対して有利であることと同じです。
使う上で気をつけなければならない注意点もあります。
１）逆接続はできません
バイポーラトランジスタでは、たとえばＮＰＮ（２ＳＣ１８１５など）の場合、通常の使い方とは逆にエミッタを＋に、コレクタを−に接続してもトランジスタとして動作します。
ま、そんな使い方にどんな利点があるのかはよくわかりませんが。
しかしＭＯＳＦＥＴでは、たとえばＮチャネルの場合に、ソースを＋に、ドレインを−に接続することはできません。
これは製造過程でドレインソース間に寄生ダイオードができてしまうからです。
［出典：Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社 ２Ｎ７０００ Ｄａｔａｓｈｅｅｔ］
上の右図を見ていただくとわかりますように、ソースからドレインに電流が流れる向きにダイオードが入っています。
これは意図的に入れたものではなくて製造過程で出来てしまう寄生ダイオードとのことです。
このためＮチャネルではソースを＋側に、ドレインを−側に接続することはできません。
逆にＰチャネルＭＯＳＦＥＴではソースを−に、ドレインを＋に接続することはできません。
ま。
あえてそのような使い方をすることはないと思いますが、誤って逆に取り付けてしまうと寄生ダイオードを通して過電流が流れて素子が破損してしまうかも知れませんから、注意して取り付ける必要があります。
２）ゲート端子オープンに注意
ゲート端子の入力インピーダンスが高いため、ゲート端子をオープンにしないように注意する必要があります。
特にコンプリメンタリ回路では入力がオープンのまま通電すると、ノイズ的動作でＰチャネルとＮチャネルの両方のトランジスタが高速でＯＮ−ＯＦＦを繰り返して、過電流が流れて熱破壊に至る可能性があります。
このことは７４ＨＣシリーズのＩＣにも共通する注意事項です。
さて、以上のような注意点もあるものの、それ以外はまるでよいところばかりのように思えます。
そんなよいとこづくめのように思えるＭＯＳＦＥＴなのですが。
なんと。
ＭＯＳＦＥＴにはとんでもない致命的な欠点があったのでした。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第４回］
２０１５．３．７ｕｐｌｏａｄ
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