La lógica resistor-transistor ( RTL ), a veces también conocida como lógica transistor-resistor ( TRL ), es una clase de circuitos digitales construidos utilizando resistores como red de entrada y transistores de unión bipolar (BJT) como dispositivos de conmutación. RTL es la primera clase de circuito lógico digital transistorizado; fue reemplazada por la lógica diodo-transistor (DTL) y la lógica transistor-transistor (TTL).
Los circuitos RTL se construyeron inicialmente con componentes discretos , pero en 1961 se convirtió en la primera familia de lógica digital en producirse como un circuito integrado monolítico . Los circuitos integrados RTL se utilizaron en la computadora de guía Apollo , cuyo diseño comenzó en 1961 y que voló por primera vez en 1966. [1]
Un interruptor de transistor bipolar es la compuerta RTL ( inversora o compuerta NOT) más simple que implementa la negación lógica . [2] Consiste en una etapa de emisor común con una resistencia de base conectada entre la base y la fuente de voltaje de entrada. La función de la resistencia de base es expandir el rango de voltaje de entrada del transistor muy pequeño (alrededor de 0,7 V) al nivel lógico "1" (alrededor de 3,5 V) convirtiendo el voltaje de entrada en corriente. Su resistencia se establece mediante un compromiso: se elige lo suficientemente baja para saturar el transistor y lo suficientemente alta para obtener una alta resistencia de entrada. La función de la resistencia de colector es convertir la corriente de colector en voltaje; su resistencia se elige lo suficientemente alta para saturar el transistor y lo suficientemente baja para obtener una baja resistencia de salida (alta distribución en abanico ).
Con dos o más resistencias de base (R 3 y R 4 ) en lugar de una, el inversor se convierte en una puerta NOR RTL de dos entradas (ver la figura de la derecha). La operación lógica OR se realiza aplicando consecutivamente las dos operaciones aritméticas de suma y comparación (la red de resistencias de entrada actúa como un sumador de tensión en paralelo con entradas igualmente ponderadas y la siguiente etapa de transistor de emisor común como un comparador de tensión con un umbral de aproximadamente 0,7 V). La resistencia equivalente de todas las resistencias conectadas al "1" lógico y la resistencia equivalente de todas las resistencias conectadas al "0" lógico forman las dos patas de un divisor de tensión compuesto que impulsa al transistor. Las resistencias de base y el número de entradas se eligen (limitan) de modo que solo un "1" lógico sea suficiente para crear una tensión base-emisor que supere el umbral y, como resultado, sature el transistor. Si todas las tensiones de entrada son bajas ("0" lógico), el transistor se corta. La resistencia pull-down R 1 polariza el transistor al umbral de encendido-apagado apropiado. La salida se invierte ya que se toma como salida la tensión colector-emisor del transistor Q1, y es alta cuando las entradas son bajas. De esta forma, la red resistiva analógica y la etapa de transistores analógicos realizan la función lógica NOR. [ 3]
Las limitaciones de la compuerta NOR RTL de un transistor se superan con la implementación RTL de múltiples transistores. Consiste en un conjunto de interruptores de transistores conectados en paralelo controlados por las entradas lógicas (ver la figura de la derecha). En esta configuración, las entradas están completamente separadas y el número de entradas está limitado únicamente por la pequeña corriente de fuga de los transistores de corte en la salida lógica "1". La misma idea se utilizó más tarde para construir puertas DCTL , ECL , algunas TTL (7450, 7460), NMOS y CMOS .
Para garantizar la estabilidad y la salida predecible de los transistores bipolares, sus entradas de base (V b o voltaje base-terminal) están polarizadas.
La principal ventaja de la tecnología RTL era que utilizaba un número mínimo de transistores. En los circuitos que utilizaban componentes discretos, antes de los circuitos integrados, los transistores eran el componente más caro de producir. La producción de lógica de circuitos integrados temprana (como la de Fairchild en 1961) utilizó el mismo enfoque durante un breve período, pero rápidamente pasó a circuitos de mayor rendimiento, como la lógica de diodo-transistor y luego la lógica de transistor-transistor (a partir de 1963 en Sylvania Electric Products ), ya que los diodos y transistores no eran más caros que las resistencias en los circuitos integrados. [5]
La desventaja de los circuitos RTL es la alta disipación de potencia que se produce cuando se enciende el transistor, debido a la corriente que fluye por las resistencias de colector y base. Esto requiere que se suministre más corriente a los circuitos RTL y que se elimine el calor de ellos. Por el contrario, los circuitos TTL con etapa de salida tipo " tótem " minimizan ambos requisitos.
Otra limitación de RTL es su abanico de entrada limitado : 3 entradas son el límite para muchos diseños de circuitos, antes de que pierda por completo la inmunidad al ruido utilizable. [ cita requerida ] Tiene un margen de ruido bajo . Lancaster dice que las puertas NOR RTL de circuitos integrados (que tienen un transistor por entrada) se pueden construir con "cualquier número razonable" de entradas lógicas, y da un ejemplo de una puerta NOR de 8 entradas. [6]
Una puerta NOR RTL de circuito integrado estándar puede controlar hasta otras 3 puertas similares. Alternativamente, tiene suficiente salida para controlar hasta 2 "buffers" RTL de circuito integrado estándar, cada uno de los cuales puede controlar hasta otras 25 puertas NOR RTL estándar. [6]
Varias empresas han aplicado los siguientes métodos de aceleración a RTL discreto.
La velocidad de conmutación de los transistores ha aumentado de forma constante desde los primeros ordenadores transistorizados hasta la actualidad. El Manual de transistores de GE (7.ª ed., pág. 181, o 3.ª ed., pág. 97 o ediciones intermedias) recomienda ganar velocidad utilizando transistores de mayor frecuencia, o condensadores, o un diodo de base a colector ( retroalimentación negativa paralela ) para evitar la saturación. [7]
Colocar un condensador en paralelo con cada resistencia de entrada reduce el tiempo necesario para que una etapa de excitación polarice directamente la unión base-emisor de una etapa excitada. Los ingenieros y técnicos utilizan "RCTL" (lógica resistencia-condensador-transistor) para designar las puertas equipadas con "condensadores de aceleración". Los circuitos de la computadora TX-0 del Laboratorio Lincoln incluían algunos RCTL. [8] Sin embargo, los métodos que implicaban condensadores no eran adecuados para los circuitos integrados. [ cita requerida ]
El uso de una alta tensión de alimentación del colector y la fijación de diodos redujo el tiempo de carga de la capacitancia del cableado y de la base del colector. Esta disposición requirió la fijación de diodos del colector al nivel lógico de diseño. Este método también se aplicó a la lógica de diodos y transistores (DTL ) discreta. [9]
Otro método que era familiar en los circuitos lógicos de dispositivos discretos utilizaba un diodo y una resistencia, un diodo de germanio y un diodo de silicio, o tres diodos en una disposición de retroalimentación negativa. Estas redes de diodos, conocidas como diversas abrazaderas de Baker, reducían el voltaje aplicado a la base a medida que el colector se acercaba a la saturación. Debido a que el transistor se saturaba menos profundamente, el transistor acumulaba menos portadores de carga almacenados. Por lo tanto, se necesitaba menos tiempo para limpiar la carga almacenada durante el apagado del transistor. [7] Un diodo de bajo voltaje dispuesto para evitar la saturación del transistor se aplicó a las familias de lógica integrada mediante el uso de diodos Schottky , como en Schottky TTL .
La función lógica la realiza la red de resistencias de entrada y la función de inversión la realiza la configuración del transistor de emisor común.