Name: トランジスタからのロジックゲート トランジスタとブール論理 (Logic Gates from Transistors: Transistors and Boolean Logic)
Uploaded: 2021-01-14T11:02:25.000Z
Duration: 14 min

基礎受動態

Computers and digital electronics are made from logic gates,

コンピュータとデジタル回路は論理ゲートで作られ

and logic gates are made from transistors.

論理ゲートはトランジスタで作られています。

A transistor is a device that can be made to behave like a switch.

トランジスタは、スイッチのような振舞いをさせる部品です。

When a switch closes, it causes the two different parts

スイッチが閉じると、スイッチが接する－

of a circuit that it connects to be at the same voltage.

2つの異なる回路部分が同じ電圧になります。

When a switch opens, it prevents any current from passing through.

スイッチが開くと、電流のいかなる流れも妨げます。

When there is no current flowing through a light bulb,

電球に電流が流れていないとき、

both sides of the light bulb are at the same voltage.

電球の両側は同じ電圧になります。

The end of the light bulb that is connected to the battery

バッテリーに接続している電球の端は、常に

will always be at the voltage set by the battery.

バッテリーの電圧となります。

The then other end of the light bulb will be

either at the voltage set be the battery, or at zero volts,

バッテリーの電圧またはゼロボルトになります。

depending on whether the switch is open or closed.

これはスイッチが開なのか閉なのかによります。

The same thing is true of a device which we call a resistor.

同じことが抵抗器と呼ぶ部品にも当てはまります。

If we replace the light bulb with a resistor, it will behave the same way.

電球を抵抗器に交換すると、同じように動作します。

Suppose we also replace the switch with a device called a field effect transistor.

また、スイッチを電界効果トランジスタと呼ぶ部品に置き換えたとします。

This transistor has three terminals, which we will call Gate, Source, and Drain.

このトランジスタには3つの端子があり、ゲート、ソース、ドレインと呼びます。

The terminals which we called Source and Drain

ソースとドレインと呼ぶ端子は、

go where the terminals of the switch used to be.

スイッチの端子があった場所に付けます。

So far, we have not yet connected the Gate terminal to the rest of the circuit.

これまでのところ、ゲート端子は回路の残りの部分にまだ接続していません。

If we apply a voltage to the gate terminal,

ゲート端子に電圧を印加すると、

the voltage that will exist between the Gate and the Source

ゲートとソースの間にある電圧によって、

will determine whether the transistor behaves like

トランジスタの動作が決まり、その動作というのは

an open switch, a closed switch, or something in between.

開いたスイッチ、閉じたスイッチ、その中間です。

If the transistor behaves as something in between

トランジスタが閉じたスイッチと

開いたスイッチの間の何かとして動作する場合、

the transistor can be used as an amplifier.

トランジスタはアンプとして使用できます。

Small changes in the voltage on the Gate Terminal,

ゲート端子の電圧がわずかに変化すると、

will create much larger changes in voltage on the Drain terminal.

ドレイン端子の電圧が大きく変化します。

However, in our case, the voltage that we will place at the

ただし、ここでは、トランジスタのゲート端子に

Gate terminal of the transistor will always be just one of two values.

与える電圧は、常に2つの値のいずれかのみです。

Either this voltage will be the same as the

その電圧は、バッテリーの電圧と同じか、

voltage of the battery, or it will be at zero.

With this particular type of field effect transistor, if the

この特定のタイプの電界効果トランジスタでは、

voltage between the Gate and the Source is at the voltage of the battery,

ゲートとソース間がバッテリーの電圧の時、

the transistor will behave like a closed switch.

トランジスタは閉じたスイッチのように動作します。

If the voltage between the Gate and the Source is zero,

ゲートとソース間の電圧がゼロの時、

then the transistor will behave like an open switch.

トランジスタは開いたスイッチのように動作します。

Let us call this part of the circuit the “input”,

回路のこの部分を「入力」と呼び、

and let us call this other part of the circuit the “output.”

回路の他の部分を「出力」と呼びましょう。

When a part of the circuit is at zero volts,

回路の一部がゼロボルトのとき、

we will say that it is at “Logic Low.”

When a part of the circuit is at the voltage of the battery,

回路の一部がバッテリーの電圧のとき、

we will say that it is at “Logic High.”

これで、最初の論理ゲートができました。

When the input of our circuit is logic low, the output of our circuit is logic high.

回路の入力が「Low」なら、出力は「High」です。

When the input of our circuit is logic high, the output of our circuit is logic low.

回路の入力が「High」なら、出力は「Low」です。

This is the definition of a “not” logic gate,

これは「not」論理ゲートの定義であり、

where the output is always the opposite of the input.

To make a more complicated logic gate, let us consider a circuit with two switches.

もっと複雑な論理ゲートを作るために、2つのスイッチを持つ回路を考えましょう。

In this case, if either one of these switches closes,

この場合、これらのスイッチのいずれかが閉じると、

the part of the circuit that we call the output will be at zero volts.

出力と呼ぶ回路の部分はゼロボルトになります。

The part of the circuit that we call the output will be at the voltage of the battery only if both switches are open.

出力と呼ぶ回路部分は、両方のスイッチが開いている場合にのみ、バッテリーの電圧になります。

Suppose we implement this circuit with the

この回路の実装を、前と同じタイプの

same type of field effect transistor that we used before.

電界効果トランジスタで行いましょう。

In this case, we now have two inputs to our circuit,

この場合、回路へは2つの入力があって、それは

which are the two gate terminals of the two transistors.

2つのトランジスタの2つのゲート端子です。

In this case, if either the first input or the second input is at logic high,

この場合、2つの入力のいずれかが「High」なら、

This is what we refer to as a “nor” logic gate.

これは、「nor」論理ゲートと呼ぶものです。

Suppose that on the output of this “nor” logic gate,

この「nor」論理ゲートの出力のところに、

we add the “not” logic gate that we created earlier.

前に作った「not」論理ゲートを加えましょう。

Now, if either the first input or the second input is at logic high,

今度は、2つの入力のいずれかが「High」なら、

This what we refer to as an “or” logic gate.

これを「or」論理ゲートと呼びます。

We call this an “or” logic gate because to generate a logic “high” output,

これを「or」ゲートと呼ぶのは、「High」の出力には

either the first input or the second input needs to be high.

入力のいずれかが「High」の必要があるからです。

Suppose that we instead take the “nor” gate that we created earlier,

代わって、前に作った「nor」ゲートを使って、

and rather than adding a not gate to the output,

出力のところに「not」ゲートを追加するのではなく、

we instead add a not gate to each of the two inputs.

2つの入力のそれぞれに「not」ゲートを加えます。

Now, if either the first input or the second input is at logic low,

これで、2つの入力のいずれかが「Low」なら、

The output will be at logic high only if the

first input and the second input are both logic high.

2つの入力の両方が「High」の場合のみです。

We therefore call this an “and” logic gate.

したがって、これを「and」論理ゲートと呼びます。

If we add a not gate to the output of the “and” logic gate,

「and」ゲートの出力に「not」ゲートを追加すると、

then it becomes what we call a “nand” logic gate.

「nand」論理ゲートと呼ぶものになります。

We can also use logic gates to create a “xor” logic gate.

論理ゲートを使用して、「xor」論理ゲートを作成することもできます。

the output will be high if one of the inputs is high, but not both.

出力が「High」になるのは、入力の1つが「High」のときで、両方ではありません。

We can also use logic gates to create memory.

論理ゲートを使ってメモリを作ることもできます。

consider an “or” logic gate with the output tied to one of the inputs.

入力の1つが出力に結び付いた「or」論理ゲートを考えましょう。

Suppose we start out with both the inputs and the output at logic low.

入力と出力の両方が「Low」の場合から始めましょう。

If we send a logic high into the free input of the “or” gate,

「or」ゲートのフリー入力に「High」を送ると、

出力は「High」になります。これは

since the output is high if either one of the inputs is high.

入力のいずれかが「High」なら、出力が「High」になるからです。

The other input of the “or” gate will then also go to “logic high”, since it is connected to the output.

「OR」ゲートのもう一方の入力は、出力に接続されているため、「High」になります。

If we now removed the logic high to the free input of the or gate,

「or」ゲートのフリー入力への「High」を除き、

and change it to a logic low, the output of the “or” gate will still stay high,

「Low」に変更すると、「or」ゲートの出力は依然として「High」のままです。

due to the fact that its other input is at logic high.

もう片方の入力が「High」だからです。

And the logic high output of the “or” gate will perpetuate the logic high of this other input.

そして、「OR」ゲートの「High」出力は、このもう片方の入力の「High」を永続させます。

once the free input to the logic gate goes to “logic high”,

論理ゲートのフリー入力が「High」になると、

and then the output will stay at “logic high” forever.

出力は永久に「High」のままになります。

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トランジスタからのロジックゲートトランジスタとブール論理 (Logic Gates from Transistors: Transistors and Boolean Logic)

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