TTL NANDゲートとANDゲートの実装：オープンコレクタトランジスタ回路による解析
標準的なオープンコレクタTTLインバータに第2入力を追加することで、自然にNAND機能を実装する回路が得られます。この記事では、その解析を歩み、トランジスタの振る舞いを説明し、シンプルなインバータにさらに1段インバータを追加してANDゲートに変える方法を示します。
インバータから2入力デバイスへ
出発点は従来のオープンコレクタTTLインバータです。回路は、第1入力とまったく同じように、第2入力端子をトランジスタQ2のベースに接続することで拡張されます。結果の回路図は以下のようになります：
図はシンプルですが、このデバイスは「2入力インバータ」としては機能しません。論理的解析を通じてその真理値表を決定し、適切な名称を与えます。
トランジスタ構造
「ステアリング」ダイオードクラスタとしてマークされたQ1は、増幅には使用されないトランジスタです。標準的なNPNトランジスタではこのネットワークに必要な3つのPN接合を提供できないため、1つのコレクタ、1つのベース、2つのエミッタを持つトランジスタを使用します。回路図では以下のように描かれます：
入力状態と出力振る舞い
単一入力の場合、入力をグラウンドすると出力ハイ（フロート）、入力をフロートまたはVccに接続すると出力ローになります。2入力を追加すると、各入力は同一に振る舞います。いずれかの入力がグラウンドされると、Q2がカットオフし、Q3がオフのまま、出力はハイにフロートします。両入力がハイのときのみ、Q2が飽和し、Q3が導通して出力をローに引き下げます。
3つの主要な状態の図解：
各ケースで、グラウンドされた入力はハイ出力を保証します。出力がローになる唯一のシナリオは、両入力がハイでQ2を飽和させ、Q3を導通させるときです。
NANDゲート
これらの結果を表形式にすると、標準的なNAND真理値表が得られます：
したがって、TTL NANDゲートはこのオープンコレクタ設計の最もシンプルで自然な機能です。以前のセクションではNANDゲートを「ANDゲートにインバータを続けたもの」と説明しましたが、ここでは同じ回路が追加の複雑さなしにNAND振る舞いをすでに具現化していることがわかります。
ANDゲートの作成
AND機能を得るには、NAND回路の出力にインバータ段を追加するだけです。これは、TTLインバータにトランジスタ段を追加してバッファを作るのと同じです：
結果の真理値表と回路図を以下に示します：
NANDゲートとANDゲートは、トーテムポール出力でも実装可能です。ここでは簡潔さのためオープンコレクタ版を提示します。
重要なポイント
- TTLインバータに第2入力を追加するとNANDゲートになる。
- NAND出力にインバータを挿入することでANDゲートが得られる。
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