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lógica diodo-transistor

Esquema de una puerta NAND DTL básica de dos entradas. R3, R4 y V− desplazan la tensión de salida positiva de la etapa DL de entrada por debajo de tierra (para desconectar el tr...

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Esquema de una puerta NAND DTL básica de dos entradas. R3, R4 y V− desplazan la tensión de salida positiva de la etapa DL de entrada por debajo de tierra (para desconectar el transistor con baja tensión de entrada).

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 puerta lógica AND y OR son realizadas por la lógica de diodo , mientras que la inversión lógica (NOT) y la amplificación (que proporciona restauración de la señal) son realizadas por 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 diodos 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 están en estado alto (lógica 1; cerca de V+), los diodos D1 y D2 están polarizados inversamente. Las resistencias R1 y R3 suministrarán entonces la corriente suficiente para activar Q1 (llevar Q1 a la saturación) y también la corriente necesaria para R4. Habrá una pequeña tensión positiva en la base de Q1 (V BE , aproximadamente 0,3 V para germanio y 0,6 V para silicio). La corriente del colector del transistor activado hará que la salida Q esté en estado bajo (lógica 0; V CE(sat) , generalmente menos de 1 voltio). Si una o ambas entradas están en estado bajo, al menos uno de los diodos de entrada conduce y reduce la tensión en los ánodos a un valor inferior a unos 2 voltios. R3 y R4 actúan entonces como un divisor de voltaje que hace que el voltaje de base de Q1 sea negativo y, en consecuencia, apaga Q1. La corriente del colector de Q1 será prácticamente cero, por lo que R2 elevará el voltaje de salida Q a un nivel alto (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 los transistores PNP y NPN son los utilizados por IBM. [ 1 ]

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

Los diseñadores del ordenador de guiado D-17B de 1962 utilizaron lógica de diodo-resistencia en la medida de lo posible, para minimizar el número de transistores empleados.

Discreto

El IBM 1401 (anunciado en 1959 [ 4 ] ) utilizaba circuitos DTL similares al circuito mostrado en la primera imagen. [ 5 ] IBM denominó a esta lógica "lógica de diodo de transistor complementada" (CTDL). [ 6 ] La CTDL evitaba la etapa de cambio de nivel (R3 y R4) alternando compuertas basadas en NPN y PNP que operaban con diferentes voltajes de alimentación. Los circuitos basados ​​en NPN utilizaban +6V y -6V, y el transistor conmutaba cerca de -6V; los circuitos basados ​​en PNP utilizaban 0V y -12V, y el transistor conmutaba cerca de 0V. Así, por ejemplo, una compuerta NPN controlada por una compuerta PNP vería el voltaje umbral de -6V en el medio del rango de 0V a -12V. De forma similar, la compuerta PNP que conmutaba a 0V era controlada por un rango de 6V a -6V. El 1401 utilizaba transistores y diodos de germanio en sus compuertas 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 puerta 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 a 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 la serie SE100, el primer producto de la compañía y la primera familia de chips DTL de alto volumen. En 1964, Fairchild lanzó la familia de micrológica DTμL de la serie 930, que ofrecía una mejor inmunidad al ruido, un chip más pequeño 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 red eléctrica de 60 Hz en un pulso por segundo y mostrar las horas, los minutos y los segundos.

El retardo de propagación de la DTL es relativamente grande. Cuando el transistor entra en saturación (con todas las entradas en estado alto), se almacena carga en la región de base. Al salir de la saturación (cuando una entrada pasa a estado bajo), esta carga debe eliminarse y será la que determine el tiempo de propagación.

Una forma de acelerar el DTL es añadir un pequeño condensador de "aceleración" en paralelo con R3. El condensador ayuda a apagar el transistor eliminando la carga de base almacenada; también ayuda a encender el transistor aumentando la excitación inicial de la base. [ 14 ]

Otra forma de acelerar el DTL es evitar la saturación del transistor de conmutación. Esto se puede lograr con una abrazadera Baker . La abrazadera 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 patentó el transistor Schottky . [ 16 ] En su patente, el diodo Schottky impedía la saturación del transistor al minimizar la polarización directa en la unión colector-base, reduciendo así la inyección de portadores minoritarios a un nivel 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 utilizarse en circuitos DTL y mejorar la velocidad de conmutación de otros diseños lógicos saturados, como Schottky-TTL, a bajo costo.

Consideraciones de interfaz

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

Véase también

Referencias

  1. ↑ Manual de instrucciones para el cliente de IBM: Circuitos de componentes de transistores , pág. 20 , IBM, 1960.
  2. ↑ Emerson W. Pugh, Lyle R. Johnson, John H. Palmer, IBM's 360 and Early 370 Systems , pp. 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. ↑ "IBM 1401 Computer (1959)" . Historia de la informática de Lexikon . Archivado del original el 3 de julio de 2017. Consultado el 11 de junio de 2025 .
  5. ↑ Es posible que el IBM 1401 también haya utilizado una lógica de modo de corriente.
  6. ↑ IBM 1960 , pág. 6 
  7. 1 2 Lógica IBM 1401 Archivado el 09-08-2010 en Wayback Machine Recuperado el 28-06-2009.
  8. ↑ IBM (1960). Manual de instrucciones de ingeniería para el cliente: Circuitos de 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 , Serie de electrónica de Texas Instruments, 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 diodos de alta velocidad", Solid State Design , 1 (8): 52, OCLC 11579670 
  11. ↑ Mundo ASIC: "Lógica de diodo-transistor"
  12. ↑ 1963: Introducción de las familias de circuitos integrados lógicos estándar; Museo de Historia de la Computación.
  13. ↑ "Historia de los circuitos integrados monolíticos; Andrew Wylie" . Archivado del original el 19 de julio de 2017. Consultado el 19 de julio de 2018 .
  14. ↑ Roehr, William D., ed. (1963), Manual de transistores de conmutación de alta velocidad , Motorola, Inc.En la página 32 se indica: «A medida que cambia la señal de entrada, la carga del condensador se desplaza hacia la base del transistor. Esta carga puede cancelar eficazmente la carga almacenada en el transistor, lo que reduce el tiempo de almacenamiento. Este método es muy eficaz si la impedancia de salida de la etapa anterior es baja, de modo que la corriente inversa máxima que entra en el transistor sea alta».
  15. ↑ Baker, RH (1956), "Circuitos de conmutación de máxima eficiencia" , Informe TR-110 del Laboratorio Lincoln del MIT , archivado del 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 digitales y analógicos . Nueva York: McGraw-Hill Book Company. págs. 141–143 . ISBN  0-07-042327-X.

Lecturas adicionales

  • Diseño y aplicación de circuitos de conmutación de transistores ; Louis A. Delhom; Texas Instruments y McGraw-Hill; 278 páginas; 1968; LCCCN 67-22955. (véase el capítulo 10.7)
  • Catálogo de Fairchild DTμL Micrologic de 1964; 36 páginas. (Ver catálogo)
  • Catálogo Fairchild de 1965; 49 páginas. (Véanse las páginas 33 a 34)
  • Catálogo resumido de la línea completa de Fairchild de 1975; 354 ​​páginas. (Véanse las páginas 2-129 a 2-130)
  • Catálogo resumido de la línea completa de Fairchild de 1978; 530 páginas. (Véanse las páginas 13-110 a 13-113)
  • Lógica de diodos y transistores (diapositivas) Archivada el 27/08/2018 en Wayback Machine - Universidad de Connecticut
  • Lógica de diodos y transistores archivada el 19 de junio de 2018 en la Wayback Machine - Universidad de Babilonia