トランジスタについて

質問

http://www2.st.gsis.kumamoto-u.ac.jp/semis/tubo/2000a/2_hard/hard08.htm
のサイトにあるTTLによる2入力NAND回路：5.4図
なんですがT1とT2の間がよくわかりません。
トランジスタはベースに電流が来ると、コレクタからエミッタに電流がながれるんですよね。
じゃあなんでコレクタとベースがつながっているのでしょうか。
電流の向きが相反すると思うんですが。
あと、エミッタが2つ付いてますが、このとき電流はどのように流れるのでしょうか？
自分が勘違いしてると思うので指摘してください。
この回路の説明もしていただけると嬉しいです。

回答No.1

rabbit_cat · ベストアンサー

ＴＴＬの原理はなかなか理解しにくいんですが。
まず、エミッタが２つついているトランジスタですが、これはほぼ、普通のエミッタが１つだけのトランジスタで、エミッタ端子から２本の線を引き出した、ていうのと同じです。

で、ＴＴＬの動作の説明です。
図のI1とI2のどちらか一方でもLowだと、Ｔ１はオンになるんで、コレクタ電流が流れて、Ｔ２のベースについている寄生容量から電荷を引っ張ってきます。その結果、Ｔ２のベースの電圧はどんどん下がっていくんでＴ２はオフになります。同時にＴ１のエミッタ-コレクタ間の電圧も下がっていくので、どっかでＴ１もオフになります。
Ｔ２がオフなら出力電圧がHighになることはいいと思います。

問題は、I1とI2の両方ともがHighの場合です。この場合は、Ｔ１は実質上I1、I2側がコレクタで、Ｔ２のベース側がエミッタとして動作します。ＮＰＮトランジスタはその名のとおりＮＰＮ構造をしているので、エミッタとコレクタを逆にしても使えるんです。逆方向特性と呼んでいます。ただし、実際にはコレクタとエミッタは不純物濃度が違うので、コレクタとエミッタを逆にして使うと、性能が悪化します。ですが、ＴＴＬの場合、コレクタの先にはＴ２のベースしかつながっていない（逆方向にはそんなに電流を流す必要はない）ので、まあいいでしょう、てことです。
というわけで、I1とI2の両方ともがHighの場合は、Ｔ１はI1/I2から、Ｔ２のベースに向けて電流が流れます。その結果Ｔ２はＯＮして出力はLowになります。

そのページの一つ前のDTL（diode–transistor logic)の回路図が載っています。
http://www2.st.gsis.kumamoto-u.ac.jp/semis/tubo/2000a/2_hard/hard07.htm
の一番下の図です。ＮＰＮトランジスタは、コレクタとエミッタの間は逆向きのダイオード２つに相当することを考えれば、ＴＴＬは、これに近いのが分かると思います。

お礼

詳しい説明ありがとうございます。
エミッタとコレクタは逆でも使えるんですね。知りませんでした。
なんとなくわかりました。

回答No.4

tance

TTLの中の等価回路は確かに理解しにくい回路です。

バイポーラトランジスタを高速で動作させるときの最大の問題は
ベース～エミッタ間の過剰キャリアによる蓄積時間です。これはON後に
ベース電流を０にしてもしばらくの間トランジスタは導通状態になる
という現象です。つまりOFFが遅れるのです。

これを避けるためにはベースからベース電流を引き出すしかありません。
ちょっと文学的な表現ですが、「過剰に与えたベース電流を返して
もらう」といった感じです。

T2を高速にOFFにする目的で、ベース電流をGNDに流す（流し戻す）ため
にT1はあります。このベース電流はT2のベースからT1のコレクタを
経由してGNDに流れます。これはT1のエミッタを"L"にすることでT1の
ベース電流が流れ、T1のコレクタ電流がT2のベースをGNDにショート
するという動作です。

逆にT2をONさせるには、T1のエミッタを"H"にします。するとエミッタ
～ベースは無バイアスとなりT1は単なるダイオードと同じになります。
つまり、T1のベースがアノード、コレクタがカソードとして動作し、
t2の順方向ベースが流れます。

これは普通のトランジスタの使い方と相当違うために不思議な回路に
見えます。しかもエミッタがふたつもあります。これはIC特有の
テクニックで、どちらのエミッタも同じファンクションで働きます。

なお、この等価回路を市販のトランジスタで組んで動作させてみようと
してもうまく働きません。特にT1は非常に特殊なトランジスタで、
全く市販されていません。普通のトランジスタとの一番大きな違いは
逆hFEが極めて小さいと言うことです。

普通のトランジスタはエミッタとコレクタを逆にしても働きます。
トランジスタの初歩の勉強ではNPNの接合構造を習うと思いますが、
N領域でP領域を挟んだ構造を見たことがあると思います。あの説明で
エミッタとコレクタはどこが違うのかという疑問を持ったことが
あるかもしれません。実際EとCを逆にしても性能が落ちるだけで
動くのです。（EとCは性能を上げるために非対称の寸法になっている）

そこで、逆方向にも電流増幅率があるのです。さて、T1のエミッタが
"H"のときにエミッタとコレクタを逆にして考えてみてください。
これは入力の"H"からONになっているT1を通ってT2のベースがつながって
いることになります。もし入力をVccにつなぐとVccをT2のベースに
じかにつなぐのと同じことになり、おそらくT1かT2が壊れます。
これを防ぐためにT1の逆方向hFEは非常に小さい値になるように作られて
いるのです。

お礼

説明ありがとうございます。
わかりやすかったです。

回答No.3

rabbit_cat

Multiple-emitter transistorの参考
等価回路 http://images.elektroda.net/71_1181251596.jpg
デバイス構造 http://books.google.co.jp/books?id=u6vH4Gsrlf0C&pg=PA620&lpg=PA620&dq=TTL+multiple+emitter&source=bl&ots=qOra8xK_4H&sig=QglQVM715YT0BNYZVPQYQ0RpvPo&hl=ja&sa=X&oi=book_result&resnum=2&ct=result#PPA620,M1Online

回答No.2

rabbit_cat

＞エミッタが２つついているトランジスタですが、これはほぼ、普通のエミッタが１つだけのトランジスタで、エミッタ端子から２本の線を引き出した、ていうのと同じです。

これはよく考えると間違ってました。
もしそうなら、I1がLow、I2がHighのときに、I2とI1がショートして電流がじゃんじゃん流れてしまいますね。

正しくは、エミッタ２個のトランジスタは、
コレクタとベースを共有している２つのトランジスタ、と思えばよいです。