Lógica de diodos y transistores
Esquema de una compuerta NAND DTL básica de dos entradas. R3, R4 y V− desplazan el voltaje de salida positivo de la etapa DL de entrada por debajo de la tierra (para cortar el transistor a un voltaje de entrada bajo).

La lógica de diodo-transistor ( DTL ) es una clase de circuitos digitales que es el antecesor directo de la lógica de transistor-transistor . Se llama así porque las funciones de compuerta lógica AND y OR las realiza la lógica de diodo , mientras que la inversión lógica (NOT) y la amplificación (que proporciona restauración de la señal) las realiza un transistor (en contraste con la lógica de resistencia-transistor (RTL) y la lógica de transistor-transistor (TTL).

Implementaciones

El circuito DTL que se muestra en la primera imagen consta de tres etapas: una etapa lógica de diodo de entrada (D1, D2 y R1), una etapa de cambio de nivel intermedio (R3 y R4) y una etapa amplificadora de emisor común de salida (Q1 y R2). Si ambas entradas A y B son altas (lógica 1; cerca de V+), entonces los diodos D1 y D2 están polarizados inversamente. Las resistencias R1 y R3 suministrarán entonces suficiente corriente para encender Q1 (llevar a Q1 a la saturación) y también suministrarán la corriente que necesita R4. Habrá un pequeño voltaje positivo en la base de Q1 (V BE , aproximadamente 0,3 V para el germanio y 0,6 V para el silicio). La corriente de colector del transistor encendido entonces bajará la salida Q (lógica 0; V CE(sat) , generalmente menos de 1 voltio). Si una o ambas entradas son bajas, entonces al menos uno de los diodos de entrada conduce y tira del voltaje en los ánodos a un valor menor a aproximadamente 2 voltios. R3 y R4 actúan entonces como un divisor de tensión que hace que la tensión de base de Q1 sea negativa y, en consecuencia, apaga a Q1. La corriente del colector de Q1 será esencialmente cero, por lo que R2 elevará la tensión de salida Q (lógica 1; cerca de V+).

Lógica de diodos temprana con inversor de transistor

Circuitos lógicos DTL NAND y NOR utilizados en las tarjetas IBM 608. Los símbolos de transistores PNP y NPN son los utilizados por IBM. [1]

Hasta 1952, IBM fabricaba transistores modificando diodos de germanio disponibles comercialmente , después de lo cual tuvieron su propia planta de fabricación de transistores de unión de aleación en Poughkeepsie . [2] [3] A mediados de la década de 1950, la lógica de diodos se utilizó en el IBM 608, que fue el primer ordenador totalmente transistorizado del mundo. Una sola tarjeta albergaría cuatro circuitos de dos vías o tres de tres vías o uno de ocho vías. Todas las señales de entrada y salida eran compatibles. Los circuitos eran capaces de conmutar de forma fiable pulsos tan estrechos como un microsegundo. [ cita requerida ]

Los diseñadores de la computadora de guía D-17B de 1962 utilizaron lógica de diodo-resistencia tanto como fue posible, para minimizar la cantidad de transistores utilizados.

Discreto

El IBM 1401 (anunciado en 1959 [4] ) utilizaba circuitos DTL similares al circuito que se muestra en la primera imagen. [5] IBM llamó a la lógica "lógica de diodo transistor complementada" (CTDL). [6] La CTDL evitó la etapa de cambio de nivel (R3 y R4) alternando puertas basadas en NPN y PNP que operaban en diferentes voltajes de suministro de energía. Los circuitos basados ​​en NPN usaban +6V y -6V y el transistor conmutaba cerca de -6V, los circuitos basados ​​en PNP usaban 0V y -12V y el transistor conmutaba cerca de 0V. Así, por ejemplo, una puerta NPN impulsada por una puerta PNP vería el voltaje umbral de -6V en el medio del rango de 0V a -12V. De manera similar para la puerta PNP que conmuta a 0V impulsada por un rango de 6V a -6V. El 1401 usó transistores de germanio y diodos en sus puertas básicas. [7] El 1401 también agregó un inductor en serie con R2. [7] [8] El empaque físico utilizó el Sistema Modular Estándar de IBM .

Integrado

En una versión de circuito integrado de la compuerta DTL, R3 se reemplaza por dos diodos de cambio de nivel conectados en serie. Además, la parte inferior de R4 se conecta a tierra para proporcionar corriente de polarización para los diodos y una ruta de descarga para la base del transistor. El circuito integrado resultante funciona con una única tensión de alimentación. [9] [10] [11]

En 1962, Signetics presentó la familia de chips de la serie SE100, los primeros chips DTL de gran volumen. En 1964, Fairchild lanzó la familia micrologic DTμL de la serie 930, que tenía una mejor inmunidad al ruido, una matriz más pequeña y un menor costo. Fue la familia DTL de mayor éxito comercial y fue copiada por otros fabricantes de circuitos integrados. [12] [13]

Mejora de la velocidad

Un reloj digital fabricado únicamente con transistores, diodos y resistencias discretos, sin circuitos integrados. Este reloj utiliza 550 diodos de conmutación y 196 transistores para dividir la frecuencia de la línea eléctrica de 60 Hz en un pulso por segundo y proporcionar una visualización de horas, minutos y segundos.

El retardo de propagación del DTL es relativamente grande. Cuando el transistor se satura porque todas las entradas están altas, la carga se almacena en la región de la base. Cuando sale de la saturación (una entrada se vuelve baja), esta carga debe eliminarse y dominará el tiempo de propagación.

Una forma de acelerar la DTL es agregar un pequeño capacitor de "aceleración" a través de R3. El capacitor ayuda a apagar el transistor al eliminar la carga base almacenada; el capacitor también ayuda a encender el transistor al aumentar la excitación base inicial. [14]

Otra forma de acelerar la DTL es evitar saturar el transistor de conmutación. Esto se puede hacer con una pinza Baker . La pinza Baker recibe su nombre de Richard H. Baker, quien la describió en su informe técnico de 1956 "Circuitos de conmutación de máxima eficiencia". [15]

En 1964, James R. Biard presentó una patente para el transistor Schottky . [16] En su patente, el diodo Schottky impedía que el transistor se saturara al minimizar la polarización directa en la unión colector-base del transistor, reduciendo así la inyección de portadores minoritarios a una cantidad insignificante. El diodo también podía integrarse en el mismo chip, tenía un diseño compacto, no almacenaba carga de portadores minoritarios y era más rápido que un diodo de unión convencional. Su patente también mostraba cómo el transistor Schottky podía usarse en circuitos DTL y mejorar la velocidad de conmutación de otros diseños de lógica saturada, como Schottky-TTL, a bajo costo.

Consideraciones sobre la interfaz

Una ventaja importante sobre la lógica anterior de resistencia-transistor es el aumento de la entrada . Además, para aumentar la salida, se puede utilizar un transistor y un diodo adicionales. [17]

Véase también

Referencias

  1. ^ Manual de instrucciones del cliente de IBM: Circuitos de componentes de transistores , pág. 20, IBM, 1960.
  2. ^ Emerson W. Pugh, Lyle R. Johnson, John H. Palmer, Sistemas 360 y primeros 370 de IBM , págs. 33-34, MIT Press, 1991 ISBN  0262161230 .
  3. ^ Bo Lojek, Historia de los semiconductores , págs. 60-61, Springer Science & Business Media, 2007 ISBN 3540342583 . 
  4. ^ museocomputador.li
  5. ^ Es posible que el IBM 1401 también haya utilizado una lógica de modo actual.
  6. ^ IBM 1960, pág. 6
  7. ^ ab IBM 1401 logic Archivado el 9 de agosto de 2010 en Wayback Machine . Consultado el 28 de junio de 2009.
  8. ^ IBM (1960). Manual de instrucciones de ingeniería para clientes: circuitos con componentes de transistores (PDF) . IBM. Formulario 223-688 (5M-11R-156) . Consultado el 24 de abril de 2012 .
  9. ^ Delham, Louis A. (1968), Diseño y aplicación de circuitos de conmutación de transistores , Texas Instruments Electronics Series, McGraw-Hill, la página 188 indica que la resistencia se reemplaza con uno o más diodos; la figura 10-43 muestra 2 diodos; cita a Schulz 1962.
  10. ^ Schulz, D. (agosto de 1962), "Una puerta NOR acoplada a diodo de alta velocidad", Diseño de estado sólido , 1 (8): 52, OCLC  11579670
  11. ^ Mundo ASIC: "Lógica de diodos y transistores"
  12. ^ 1963: Se introducen las familias de circuitos integrados lógicos estándar; Museo de Historia de la Computación.
  13. ^ "Historia de los circuitos integrados monolíticos; Andrew Wylie". Archivado desde el original el 19 de julio de 2017. Consultado el 19 de julio de 2018 .
  14. ^ Roehr, William D., ed. (1963), Manual del transistor de conmutación de alta velocidad , Motorola, Inc.La página 32 dice: "A medida que cambia la señal de entrada, la carga del capacitor se fuerza hacia la base del transistor. Esta carga puede cancelar efectivamente la carga almacenada del transistor, lo que resulta en una reducción del tiempo de almacenamiento. Este método es muy efectivo si la impedancia de salida de la etapa anterior es baja, de modo que la corriente inversa máxima en el transistor sea alta".
  15. ^ Baker, RH (1956), "Circuitos de conmutación de máxima eficiencia", Informe TR-110 del Laboratorio Lincoln del MIT , archivado desde el original el 25 de septiembre de 2015
  16. ^ US 3463975, Biard, James R. , "Dispositivo de conmutación de alta velocidad de semiconductor unitario que utiliza un diodo de barrera", publicado el 31 de diciembre de 1964, emitido el 26 de agosto de 1969 
  17. ^ Millman, Jacob (1979). Microelectrónica: circuitos y sistemas analógicos y digitales. Nueva York: McGraw-Hill Book Company. pp. 141–143. ISBN 0-07-042327-X.

Lectura adicional

  • Diseño y aplicación de circuitos de conmutación de transistores ; Louis A. Delhom; Texas Instruments y McGraw-Hill; 278 páginas; 1968; LCCCN 67-22955. (ver capítulo 10.7)
  • Catálogo Fairchild DTμL Micrologic de 1964; 36 páginas. (ver catálogo)
  • Catálogo Fairchild de 1965; 49 páginas. (ver páginas 33 y 34)
  • Catálogo condensado de la línea completa de Fairchild de 1975; 354 ​​páginas. (consulte las páginas 2-129 a 2-130)
  • Catálogo condensado de la línea completa de Fairchild de 1978; 530 páginas. (consulte las páginas 13-110 a 13-113)
  • Lógica de diodos y transistores (diapositivas) Archivado el 27 de agosto de 2018 en Wayback Machine - Universidad de Connecticut
  • Lógica de diodos y transistores Archivado el 19 de junio de 2018 en Wayback Machine - Universidad de Babilonia
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