Électronique/Les familles bipolaires : à diodes, DTL, ETL, TTL et ECL

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Après avoir vu les technologies utilisant des transistors MOS, nous allons voir les technologies à transistors bipolaires. Celles-ci regroupent les technologies à diode, DTL, RTL, TTL et ECL.

La logique à diode[modifier | modifier le wikicode]

La logique à diode est la première à avoir été inventée. Comme son nom l'indique, elle n'utilise que des diodes et pas de transistors, pour fabriquer des portes logiques. Son défaut principal est qu'elle ne permet pas de créer toutes les portes logiques possibles, mais seulement les portes ET et OU. Il n'est pas possible de fabriquer une porte NON avec cette famille logique, ce qui la raison pour laquelle les autres portes ne sont pas synthétisables.

La porte OU[modifier | modifier le wikicode]

Diode OR2

Le circuit de la porte OU est illustré ci-dessous.

ORGate-2-Diode

Son fonctionnement est de loin le plus simple, bien plus que celui de la porte ET. Si une seule entrée est à 1, la diode associée sera passante et la tension sera reproduite sur la sortie. Mais si les deux diodes reçoivent un 0, alors la sortie est simplement mise à 0.

La porte ET[modifier | modifier le wikicode]

Diode AND

Le circuit de la porte ET est illustré ci-dessous.

ANDGate-2-Diode

Le fonctionnement de cette porte s'explique assez facilement en regardant ce qui se passe quand on met un 0 ou un 1 sur une entrée. Chaque entrée est reliée à la tension d'alimentation à travers une résistance. Si on envoie un 0 sur l'entrée, la diode conduira. La sortie est alors reliée à la masse, ce qui la met à 0. Mais si on met un 1, la diode sera bloquée et se comporte comme un interrupteur ouvert. La sortie n'est donc pas reliée à la masse, mais est connectée à la tension d'alimentation : elle est donc à 1. On voit que si une seule entrée est à 0, la sortie sera connectée à la masse et donc à 0. Mais si toutes les entrées sont à 1, les deux diodes se bloquent et la sortie est à 1.

La logique RTL (Resistor-Transistor Logic)[modifier | modifier le wikicode]

La logique RTL (Resistor-Transistor Logic) utilise des résistances et un ou plusieurs transistors bipolaires pour construire une porte logique. La plus simple est de loin la porte NON, les autres portes simples (ET, OU, NAND et NOR) n'étant qu'une extension de la porte NON.

La porte NON en RTL[modifier | modifier le wikicode]

Porte NON en technologie RTL.

Le circuit d'une porte NON en RTL est illustré ci-contre. On voit que le transistor est couplé à deux résistances : une sur sa base et une autre sur son émetteur, que l'on nommera "résistance de base" et "résistance d'émetteur". L'émetteur est relié à la tension d'alimentation par le biais d'une des deux résistances. On remarque aussi que la sortie est reliée à l'émetteur du transistor bipolaire. Le fonctionnement du circuit est assez simple, et on peut résumer le transistor à un simple interrupteur ouvert ou fermé. Quand aux résistances, elles transforment une tension (la tension d'alimentation ou la tension de base) en courant.

  • Si on place un 1 sur l'entrée, une tension élevée est placée aux bornes de la résistance de base. Du fait de la loi d'Ohm, le courant de base est non-nul et le transistor est en état passant. la tension est alors reliée à la masse. La tension au niveau de l'émetteur est alors égale à la tension , entre l'émetteur et le collecteur (la masse). Cette tension est très faible, ce qui fait que la tension de sortie l'est aussi : c'est un 0.
  • Si on place un 0 sur l'entrée, la tension aux bornes de la résistance de base est nulle. Il n'y a donc aucun courant qui traverse la base, ce qui met le transistor en état bloqué. La sortie est alors reliée directement à la tension d'alimentation, ce qui la met à 1.
Porte NON RTL avec un 1 en entrée (0 en sortie).
Porte NON RTL avec un 0 en entrée (1 en sortie).

Les autres portes en technologie RTL[modifier | modifier le wikicode]

Les portes NAND et NOR ont, en technologie RTL, un câblage similaire à celui des technologies MOS. Dans les deux cas, une porte NAND ou NOR est semblable à la porte NON, la seule différence étant l'ajout d'un transistor et de sa résistance de base associée. Le transistor ajouté est placé en série du premier pour les portes NAND, en parallèle pour les portes NOR. Les portes ET et OU sont concues à l'identique, sauf que le circuit est inversé, ce qui inverse le comportement du circuit. La sortie est reliée au collecteur des transistors et ces transistors sont placés entre la tension d'alimentation et la sortie.

Porte NAND Porte NOR Porte ET Porte OU
Porte NAND en technologie RTL.
Porte NOR en technologie RTL.
Porte ET en technologie RTL.
Porte OU en technologie RTL.

La logique DTL (Diode-Transistor Logic)[modifier | modifier le wikicode]

La logique DTL (Diode-Transistor Logic) est un mélange de la logique à diode avec la technologie RTL. En plaçant une porte NON de type RTL à la suite d'une porte ET/OU de type logique à diode, on a une porte NAND /NOR.

Porte logique Version la plus simple Versions plus élaborées
Porte NAND Porte NAND en technologie DTL - circuit le plus simple. DTL NAND Gate DTL2 DTL NPN Gate
Porte NOR Porte NOR en technologie DTL - circuit le plus simple.

La logique TTL (Transistor-Transistor Logic)[modifier | modifier le wikicode]

La logique TTL (Transistor-Transistor Logic) est une amélioration de la logique DTL. Les diodes utilisées pour les portes NOR et NAND sont remplacées par un seul transistor dont l'émetteur (la broche) est multiple - en clair, le transistor a plusieurs émetteurs.

Porte NON Porte NAND
TTL NOT. TTL NAND.