令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午前II 問13
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。
図の説明テキスト
選択肢「ア」の回路図。
左側に3本の入力線がある。上側と中央の入力線にはそれぞれダイオードが直列に接続されており、カソードが入力側（左側）を向いている。
これら2つのダイオードのアノードは共通のノードで結合されている。
この共通ノードは、2入力ANDゲートの上側の入力端子に接続されるとともに、プルダウン抵抗を介して接地（グラウンド）されている。
下側の入力線は、ANDゲートの下側の入力端子に直接接続されている。
ANDゲートの出力は右側に1本出ている。
図の説明テキスト
選択肢「イ」の回路図。
左側に3本の入力線がある。上側と中央の入力線にはそれぞれダイオードが直列に接続されており、アノードが入力側（左側）を向いている。
これら2つのダイオードのカソードは共通のノードで結合されている。
この共通ノードは、2入力ANDゲートの上側の入力端子に接続されるとともに、プルダウン抵抗を介して接地（グラウンド）されている。
下側の入力線は、ANDゲートの下側の入力端子に直接接続されている。
ANDゲートの出力は右側に1本出ている。
図の説明テキスト
選択肢「ウ」の回路図。
左側に3本の入力線がある。上側と中央の入力線にはそれぞれダイオードが直列に接続されており、カソードが入力側（左側）を向いている。
これら2つのダイオードのアノードは共通のノードで結合されている。
この共通ノードは、2入力ANDゲートの上側の入力端子に接続されるとともに、プルアップ抵抗を介してVccに接続されている。
下側の入力線は、ANDゲートの下側の入力端子に直接接続されている。
ANDゲートの出力は右側に1本出ている。
図の説明テキスト
選択肢「エ」の回路図。
左側に3本の入力線がある。上側と中央の入力線にはそれぞれダイオードが直列に接続されており、アノードが入力側（左側）を向いている。
これら2つのダイオードのカソードは共通のノードで結合されている。
この共通ノードは、2入力ANDゲートの上側の入力端子に接続されるとともに、プルアップ抵抗を介してVccに接続されている。
下側の入力線は、ANDゲートの下側の入力端子に直接接続されている。
ANDゲートの出力は右側に1本出ている。
解答・解説
正解: ウ.
TTLレベルの2入力AND回路を拡張して3入力AND回路にするには、追加するダイオード回路部分が2つの入力に対するAND回路として動作する必要があります。これを元の2入力AND回路の一方の入力に接続することで、全体として3つの入力のANDをとることができます。
ダイオードを用いたAND回路（ダイオードAND回路）は、以下の構成になります。
- 各入力にダイオードのカソード（図記号の直線側）を接続する。
- 全てのダイオードのアノード（図記号の三角形側）を共通接続し、それを論理出力とする。
- その共通接続部分を、抵抗を介して電源（Vcc）に接続（プルアップ）する。
この回路では、入力のうち少なくとも1つがLowレベルになると、対応するダイオードが順方向バイアスとなって導通し、出力側の電位がLowレベルに引き下げられます。すべての入力がHighレベルになったときのみ、いずれのダイオードも導通せず、抵抗を介して出力がHighレベルに保たれます。これはANDの論理条件を満たしています。
添付された図表を確認すると、ダイオードの向き（カソードが入力側）と抵抗の接続先（Vccへのプルアップ）がダイオードAND回路の構成になっているのはウです。
各選択肢の解説
- ア：ダイオードのカソードが入力側に接続されていますが、抵抗がグラウンドに接続されています。電源（Vcc）によるプルアップがないため、出力をHighレベルにすることができず、論理回路として正常に動作しません。
- イ：ダイオードのアノードが入力側に接続され、共通接続部分が抵抗を介してグラウンドに接続されています。これは入力のいずれかがHighのときに出力がHighになるダイオードOR回路の構成であり、全体として3入力AND回路にはならないため誤りです。
- エ：ダイオードのアノードが入力側に接続され、共通接続部分が抵抗を介してVccに接続されています。この構成では、抵抗を介して常に出力側がHighレベルに引き上げられる状態となり、論理回路として正常に動作しません。