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

Après avoir vu les technologies utilisant des transistors MOS, nous allons voir les technologies à transistors bipolaires. Celles-ci regroupent les technologies suivantes :
* La logique à diodes n'utilise que des diodes pour fabriquer des portes logiques ;
* La logique RTL (Resistance-Transistor Logic) utilise des résistances couplées à des transistors bipolaires ;
* La logique DTL (Diode-Transistor Logic) utilise des diodes couplées à des transistors bipolaires ;
* La logique TTL (Transistor-Transistor Logic) utilise uniquement des transistors bipolaires ;
* Les logiques Emitter-coupled logic (ECL), Integrated injection logic, Gunning transceiver logic sont des techniques évoluées à base de transistors bipolaires.

## La logique à diode

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

Le circuit de la porte OU est illustré ci-dessous.
Son fonctionnement est de loin le plus simple, bien plus que celui de la porte ET. Si une 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

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

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

Le circuit d'une porte NON en RTL est illustré ci-contre. On voit que le montage utilise un transistor en émetteur commun. Le transistor est couplé à deux résistances : une sur sa base et une autre sur son collecteur, que l'on nommera "résistance de base" et "résistance de collecteur". Le collecteur est relié à la tension d'alimentation par le biais d'une des deux résistances. On remarque aussi que la sortie est reliée au collecteur 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 $V_{ec}$, 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

Les portes NAND et NOR ont, en technologie RTL, un câblage similaire à celui des technologies MOS. Leur conception est similaire à celle de la porte NON, si ce n'est qu'on ajoute des résistances et éventuellement des transistors. Le transistor et la résistance en plus sont placés en série du premier pour les portes NAND, en parallèle pour les portes NOR.

#### La porte NOR

Le schéma ci-dessous montre ce qu'il en est pour les portes NOR. On voit qu'il y a un transistor par entrée, avec une résistance d'entrée entre l'entrée et le transistor associé.
Le fonctionnement d'une porte à deux entrées est illustré ci-dessous. Chaque schéma indique les tensions dans le montage, pour une combinaison particulière des entrées.
| Cas avec les deux entrées à un. | Cas avec des entrées différentes. |
Précisons que dans le cas d'une porte NOR à deux entrées, on peut simplifier le montage en n'utilisant non pas un transistor par entrée, mais un seul transistor pour tout le montage. Pour cela, il suffit d'utiliser le montage ci-dessous. L'idée est que les résistances d'entrée sont couplées avec une troisième résistance. Le réseau de résistance avant la base additionne les tensions d'entrée, tandis que le transistor compare la tension d'entrée à un seuil d'environ 0.7 volts. Les valeurs des résistances sont choisies avec soin de manière à ce qu'un 1 sur une seule entrée suffise à ce la tension de base dépasse le seuil du transistor.

#### La porte NAND

La porte NAND en technologie RTL est similaire à la porte NOR, sauf que les transistors sont placés en série et non en parallèle.

#### Les autres portes logiques

Les portes ET et OU sont conçues à l'identique, sauf que le circuit est inversé, ce qui inverse le comportement du circuit. La sortie est reliée au collecteur ou à l'émetteur des transistors et ces transistors sont placés entre la tension d'alimentation et la sortie.
| Porte ET | Porte OU |
| Porte ET en technologie RTL. | Porte OU en technologie RTL. |

## La logique DTL (Diode-Transistor Logic)

La logique DTL (Diode-Transistor Logic) est un mélange de la logique à diode avec la technologie RTL. Avec cette technologie, les portes ET et OU sont fabriquées en utilisant la logique à diode, tandis que les portes NON sont fabriquées à partir de la technologie RTL. Et il est alors possible de fabriquer des portes NOR et NAND en plaçant une porte NON de type RTL à la suite d'une porte ET/OU de type logique à diode.
Cette logique marche assez bien, mais il y a un problème : la tension en sortie de la porte à diode n'est pas adaptée au seuil du transistor. Pour cela, on doit rajouter un étage d'adaptation entre la porte à diode et le transistor inverseur, qui adapte la tension. Dans le cas le plus simple, cet étage est un vulgaire pont diviseur de tension.
Cependant, il est possible de concevoir l'étage d'adaptation en utilisant un montage à base de diodes en série, ou de diodes associées à des résistances. L'idée est que chaque diode réduit un petit peu la tension à adapter, d'environ le seuil de transmission de la diode.
Si l'idée générale suffit largement, il existe des montages optimisés pour simplifier la conception du circuit, éliminer des bruits parasites, rendre le circuit plus tolérant au bruit, etc. Ces circuits sont des améliorations des circuits précédents, où on rajoute des résistances, des condensateurs, des diodes, etc. Par exemple, il est intéressant de rajouter un condensateur, comme montré dans le schéma ci-dessous. Celui-ci permet de vider plus rapidement la base du transistor quand on veut le fermer, et de la remplir plus rapidement quand on veut l'ouvrir.

## La logique TTL (Transistor-Transistor Logic)

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 |