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解決済みの質問

論理回路と実際の回路

最近コンピュータの原理にふと興味を持って、いろいろと調べていました。

二進法や論理回路は理解できたのですが、それを実際の回路で表現する、という段階で立ち止まってしまいました。

乾電池と二個のスイッチと豆電球が直列につながっていてand回路、スイッチが並列だとor回路、というイメージはよくわかるのですが、本に書いてある「ダイオードとトランジスタを使った論理回路の図」などを見ても、どの部分が入力に相当してどの部分が出力に相当するのかがよくわかりません。(電子回路の図で書いてある論理回路を組み合わせるときにはどことどこをつなぐことになるのでしょう)

そもそも「電気が流れる」ことが入力を意味するのだと思いますが、論理回路の図はそれぞれ線一本だけで入出力が表されています。入力部分にスイッチがつながっているとしたら、反対側の極はどこにつながっているのでしょうか。反対側がないとそもそも電気が流れること自体ができないと思うのですが・・・。(それとも論理回路の記号はただアルゴリズムを表現するためだけのものなのでしょうか)

電子回路についてはほとんど素人なので、何か回路の概念を根本的に取り違えている節でもあるような気もします。質問で図を示せないのでよくわからない文になってしまったかもしれませんが、ご教授いただければ幸いです。

投稿日時 - 2008-09-22 23:46:39

QNo.4349394

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

へいっ まいどっ  ^^

>>>
しかし、入出力の端子はどういう仕組みなのでしょう。論理回路において、ある端子に1を入力する、ということはその端子に電気を流す、ということだと思います。


いえ。考え方としては違います。

私はバイポーラトランジスタやダイオードのことは知らないので、
MOSのことだけ書きます。

1を入力するというのは、VDDの電圧をかけるということであって、
電流を流すという思想ではありません。
同様に、0を入力するというのは、VSSの電圧をかけるということで、電流を流す思想ではありません。
(VDDと同一の入力電圧でない場合もあります。)

先程の2番目の図を見てください。

IN1やIN2の先にあるものは、MOSトランジスタのゲートや(寄生の)コンデンサだけですよね?
(コンデンサは寄生容量であって、設計の意図ではありません。)
ですから、入力信号が変わったときに僅かな電流は流れますが、すぐに一定の状態に落ち着きます。
いったん落ち着くと、もはや電流は流れません。
つまり、電流を垂れ流しにしているのではなく、入力が切り替わるときに瞬時の充放電が起こるだけであり、
その僅かの間だけ、微弱な電流が流れるということです。

(本題ではないですが、入力信号が切り替わるときには、MOSトランジスタのソース・ドレイン間にも少し電流が流れます。)



>>>
ある入力端子に電気を流すために電源から一方の極をつなぐとすると、反対側の極はどこへつなぐのですか?


やはり、論理ゲートと同じことで、
入力端子に入力電圧をかける回路のどこかが、論理回路と共通のVDDやVSSにつながっています。
そうでないと、正しい 1、0 の電圧をかけることができません。
それに、
そうしないと、入力端子に過大な電圧が回路にかかって壊れてしまう、という問題が起こりえる、ということでもあります。


以上、ご参考になりましたら。

投稿日時 - 2008-09-23 02:30:19

お礼

回答ありがとうございました。

質問しっぱなしにしてしまっていて、すみませんでした・・・。
補足にも詳しく返事していただき、ありがとうございました。とても参考になりました。また本などでもより深く学んでみたいと思います。ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-10-07 23:07:27

ANo.4

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回答(5)

ANo.5

現実の回路では,必ずグラウンド線があって,わかりやすく
いえば,電流の排出ルートというか,電位ゼロボルトに相当
する基準ラインがあります。ingeniumさんの考えている通り
で,電子回路である限りは,グラウンドがなければ電流に
よる論理であれ,電位による論理であれ成立させることが
できません。

投稿日時 - 2008-09-23 08:54:00

ANo.3

>ある端子に1を入力する、ということはその端子に電気を流す
ちょっとちがいます。たとえば、
たいていの場合MOSのゲート電圧を掛けるということです。5[V]とか、3[V]とか。
動作範囲がありますので、「High」、「Low」で表します。
それによって、ソース、ドレン間に抵抗を介して電流が流れますが、それによって、抵抗の前側の電圧が「High」なるということです。ここに流れる電流をほとんどなくして省エネおよび発熱抑制のためにCMOSを使っています。

投稿日時 - 2008-09-23 01:19:56

お礼

回答ありがとうございました。

質問しっぱなしにしてしまっていて、すみませんでした・・・。
皆さんの回答、参考にさせていただきました。また本などでより深く学んでみたいと思います。ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-10-07 23:02:59

ANo.2

>それとも論理回路の記号はただアルゴリズムを表現するためだけのものなのでしょうか
そのとおりだと思います。
論理回路とは別に、物理的な実際の回路があります。MOSトランジスタを組合わせた回路です。
図を書ければばいいのですが、ここでは図を書けませんので、説明はできないのですが。

回路図では大抵電源などは書いていないこと。
実用的な回路図は、省エネのためCMOSを使っていてちょっと複雑になっていること。
基礎的な学習段階ではAND,ORを使っているが、省スペースのため実際はNAND,NORを使っていること。

などで、学習したことと実際とがちょっとずれていてわかりにくいかなと思います。

参考になるかどうか、下記を。

http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp/~wada/digital/gate.html

投稿日時 - 2008-09-23 00:33:34

補足

早速の回答ありがとうございます。

実際の場面ではNAND回路を使ったほうが効率がよいらしいことは本にも書いてありました。とりあえず簡単な回路だけでもちゃんと理解したいです。

質問文にも書きましたが、論理回路において、ある端子に1を入力する、ということはその端子に電気を流す、ということだと思いますが、反対側の端はどこへつながるのでしょう?

投稿日時 - 2008-09-23 00:54:52

ANo.1

こんばんは。

この図を例に挙げましょう。
http://www.geocities.jp/sato032/nifty/16th/24.jpg
4入力NANDがたくさんあり、そのほか、2入力NANDやNOTがありますよね。
そして、一見、電源につないでいないように見えます。

回路全体として見たときの入力・出力は、
入力: D0~D7、A0~A2、_OE の12箇所
出力: Y、_Y の2箇所
です。


1個の4入力NANDの、実際の回路はこうです。
http://www.play-hookey.com/digital/electronics/images/ttl_nand4_totem.gif
左にある4つの○が入力で、右にある1つの○が出力です。
+5VとGNDに結線されていますよね?


CMOSの2入力NANDの回路図も貼っておきますね。
http://jaco.ec.t.kanazawa-u.ac.jp/kitagawa/edu/vlsi/spidev/nand.gif
VDD(電源電圧)とVSS(グラウンド)に結線されています。

(元のページ)
http://jaco.ec.t.kanazawa-u.ac.jp/kitagawa/edu/vlsi/spidev/cmosgate.html


つまり、
ちゃんと、電源電圧とグラウンドの間に電流が流れるようになっているわけです。

要は、電池(やその他のタイプの電源)の記号そのものを書いていないだけであって、
「ここは電池のプラスにつなぎますよ」
「ここは電池のマイナスにつなぎますよ」
という印を、回路図の上下につけているわけです。

そして、論理ゲートを記号で描くときは、
「そのゲートの中には、プラスにつなぐところとマイナスにつなぐところがありますよ」
という暗黙の了解?というか、設計者達の間での共通認識がある、ということです。


以上、ご参考になりましたら。

投稿日時 - 2008-09-23 00:18:44

補足

図もつけての解説ありがとうございます。

なるほど。やはり論理ゲート自体には電源を供給する必要があるのですね。VDDとVSSというのがなじみのない表現なので、よくわからずにいましたが、つまりはこの二つの先を電源の両端につなげばいいというわけですね。

しかし、入出力の端子はどういう仕組みなのでしょう。論理回路において、ある端子に1を入力する、ということはその端子に電気を流す、ということだと思います。ある入力端子に電気を流すために電源から一方の極をつなぐとすると、反対側の極はどこへつなぐのですか?

投稿日時 - 2008-09-23 00:56:56

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