Lógica resistencia-transistor

Lógica resistencia-transistor (RTL), a veces también conocida como lógica transistor-resistencia (TRL), es una clase de circuitos digitales construidos utilizando resistencias 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 sucedido por la lógica de diodo-transistor (DTL) y la lógica de transistor-transistor (TTL).

Los circuitos RTL se construyeron por primera vez con componentes discretos, pero en 1961 se convirtieron en la primera familia de lógica digital producida 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.

Implementación

Inversor RTL

Un interruptor de transistor bipolar es la puerta RTL (inversora o puerta NOT) más simple que implementa la negación lógica. 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 base es expandir el rango de voltaje de entrada del transistor muy pequeño (aproximadamente 0,7 V) al rango lógico "1" nivel (aproximadamente 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 del colector es convertir la corriente del colector en voltaje; su resistencia se elige lo suficientemente alta como para saturar el transistor y lo suficientemente baja para obtener una resistencia de salida baja (alta distribución).

Puerta RTL NOR de un transistor

Con dos o más resistencias base (R₃ y R₄) en lugar de una, el inversor se convierte en una puerta RTL NOR de dos entradas (consulte la figura en la bien). 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 voltaje paralelo con entradas igualmente ponderadas y la siguiente etapa de transistor de emisor común como comparador de tensión con un umbral de aproximadamente 0,7 V). La resistencia equivalente de todas las resistencias conectadas a "1" y la resistencia equivalente de todas las resistencias conectadas a la lógica "0" forman las dos patas de un divisor de voltaje compuesto que acciona el transistor. Las resistencias base y el número de entradas se eligen (limitan) de modo que solo una lógica "1" es suficiente para crear un voltaje base-emisor que excede el umbral y, como resultado, satura el transistor. Si todos los voltajes de entrada son bajos (lógico "0"), el transistor se corta. La resistencia desplegable R₁ polariza el transistor al umbral de encendido y apagado apropiado. La salida se invierte ya que se toma como salida el voltaje colector-emisor del transistor Q₁, y es alto cuando las entradas son bajas. Por tanto, la red resistiva analógica y la etapa del transistor analógico realizan la función lógica NOR.

Puerta RTL NOR multitransistor

Las limitaciones de la puerta RTL NOR de un transistor se superan mediante la implementación RTL de múltiples transistores. Consiste en un conjunto de interruptores de transistores conectados en paralelo accionados por las entradas lógicas (consulte 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.

Sesgo del transistor

Para garantizar la estabilidad y la salida predecible de los transistores bipolares, sus entradas de base (V_b o voltaje del terminal de base) están polarizadas.

Ventajas

La principal ventaja de la tecnología RTL era que utilizaba una cantidad mínima de transistores. En los circuitos que utilizan componentes discretos, antes de los circuitos integrados, los transistores eran el componente más caro de producir. La producción temprana de lógica de circuitos integrados (como la de Fairchild en 1961) utilizó el mismo enfoque brevemente, pero rápidamente pasó a circuitos de mayor rendimiento, como la lógica de diodo-transistor y luego la lógica de transistor-transistor (comenzando en 1963 en Sylvania Electric Products)., ya que los diodos y transistores no eran más caros que las resistencias del CI.

Limitaciones

La desventaja de RTL es su alta disipación de potencia cuando el transistor está encendido, debido a la corriente que fluye en el colector y las resistencias de la base. Esto requiere que se suministre más corriente y se elimine calor de los circuitos RTL. Por el contrario, los circuitos TTL con tecnología "tótem" La etapa de salida minimiza ambos requisitos.

Otra limitación de RTL es su fan-in limitado: 3 entradas son el límite para muchos diseños de circuitos, antes de que pierda por completo la inmunidad al ruido utilizable. Tiene un margen de ruido bajo. Lancaster dice que las puertas RTL NOR del circuito integrado (que tienen un transistor por entrada) se pueden construir con "cualquier número razonable" de compuertas. de entradas lógicas y da un ejemplo de una puerta NOR de 8 entradas.

Una puerta RTL NOR 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.

Acelerando RTL

Varias empresas aplicaron los siguientes métodos de aceleración para RTL discreto.

La velocidad de conmutación de transistores ha aumentado constantemente desde las primeras computadoras transistorizadas hasta el presente. El Manual de transistores GE (7.ª ed., p. 181, o 3.ª ed., p. 97 o ediciones intermedias) recomienda ganar velocidad utilizando transistores de mayor frecuencia, o condensadores, o un diodo de base. al colector (retroalimentación negativa paralela) para evitar la saturación.

Colocar un capacitor en paralelo con cada resistencia de entrada disminuye el tiempo necesario para que una etapa impulsora polarice directamente la base de una etapa impulsada. unión del emisor. Los ingenieros y técnicos utilizan "RCTL" (lógica de resistencia-condensador-transistor) para designar puertas equipadas con "condensadores de aceleración". Los circuitos de la computadora TX-0 del Laboratorio Lincoln incluían algunos RCTL. Sin embargo, los métodos que implicaban condensadores no eran adecuados para los circuitos integrados.

El uso de un voltaje de suministro de colector alto y la fijación de diodos disminuyeron el tiempo de carga de la capacitancia del cableado y la base del colector. Esta disposición requería que un diodo sujetara el colector al nivel lógico de diseño. Este método también se aplicó a DTL discreto (lógica diodo-transistor).

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 varias abrazaderas de Baker redujeron el voltaje aplicado a la base cuando el colector se acercaba a la saturación. Debido a que el transistor se saturó menos, acumuló menos portadores de carga almacenados. Por lo tanto, se requirió menos tiempo para eliminar la carga almacenada durante el apagado del transistor. Se aplicó un diodo de bajo voltaje dispuesto para evitar la saturación del transistor a familias lógicas integradas mediante el uso de diodos Schottky, como en Schottky TTL.