エンベデッドシステムスペシャリスト 2019年午前2 問16

問題文

TTLレベルの2入力AND回路を3入力AND回路にするために入力部に回路を追加した。3入力AND回路として、適切なものはどれか。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：

イ：

ウ：（正解）

エ：

🔒 解説は解答すると表示されます

正しいのはウです。上側の2入力をダイオードとプルアップ抵抗でまとめ、AND回路の1入力にしています。

ダイオードの縦棒側はカソードです。ウでは、ダイオードのカソードが各入力側、アノードが共通接続点側にあります。

つまり、共通接続点は上側の2入力のAND（A AND B）になります。これを3本目の入力Cと既存のANDゲートに入力するため、出力は次のとおりです。

(A \land B) \land C = A \land B \land C

ア：ダイオードの向きはウと同じですが、共通接続点が抵抗を通じて接地されています。入力がHIGHでもダイオードは導通せず、共通接続点はLOWに保たれるため、必要なAND信号を作れません。
イ：抵抗は接地側で、ダイオードは入力から共通接続点へ電流が流れる向きです。上側の入力のどちらかがHIGHになると共通接続点がHIGHになるため、上側2入力のORに相当します。
ウ：プルアップ抵抗とダイオードの向きが適切です。上側の2入力が両方HIGHのときだけ共通接続点がHIGHになります。
エ：共通接続点はプルアップされていますが、ダイオードの向きが逆です。入力がLOWでも共通接続点からLOW側へ電流が流れず、共通接続点はHIGHに保たれます。上側2入力のAND信号になりません。

ダイオードの向きだけ見ればよい：ダイオードの向きに加えて、共通接続点がプルアップかプルダウンかも確認します。片方だけが正しくても、期待する論理にはなりません。
プルアップ抵抗は入力をHIGHに固定するだけ：この回路では、入力がLOWになったときにダイオードを通して共通接続点をLOWにする仕組みと組み合わせて使います。
2入力をまとめれば常にANDになる：ダイオードの向きと抵抗の接続によって、ANDにもORにもなり得ます。

ダイオード論理では、入力の電圧によってダイオードを導通・非導通にし、信号をまとめます。プルアップ抵抗は、ダイオードがどれも導通していないときに共通接続点をHIGHにする役割を持ちます。また、ダイオードが導通したときの電流を制限します。

なぜ入力が1つでもLOWだと共通接続点もLOWになるのですか？
プルアップされた共通接続点から、LOWの入力側へダイオードを通じて電流が流れるためです。

上側の2入力は、どちらもHIGHでなければ共通接続点がHIGHになりませんか？
そのとおりです。どちらか一方でもLOWなら共通接続点はLOWになり、両方がHIGHのときにプルアップによってHIGHになります。

3本目の入力はなぜダイオード回路に接続しないのですか？
既存のANDゲートのもう一方の入力に直接つなげるためです。ダイオード回路で上側2入力を1信号にまとめ、その信号と3本目の入力をANDゲートで組み合わせます。

関連キーワード: ダイオード論理、AND回路、プルアップ抵抗、論理ゲート、TTL

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