二極管晶體管邏輯

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）。

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）。

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（V_BE ，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；V_CE(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

帶有晶體管反相器的早期二極管邏輯

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

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

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

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

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

• 二極管邏輯
• 高閾值邏輯
• 諾比特