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).
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+).
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.
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 .
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]
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.
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]