זה יכול להיות מפתיע לדעת שהפטנט ל"טרנזיסטור אפקט שדה "הקדים את יצירת הטרנזיסטור הדו-קוטבי בעשרים שנה לפחות. עם זאת, טרנזיסטורים דו-קוטביים מיהרו לתפוס מסחרית, כאשר השבב הראשון העשוי טרנזיסטורים דו-קוטביים הופיע בשנות השישים, כאשר טכנולוגיית הייצור MOSFET הושלמה בשנות השמונים ועוקפת עד מהרה את בני דודיהם הדו-קוטביים.
לאחר שהומצא הטרנזיסטור למגע נקודתי בשנת 1947, הדברים החלו לנוע במהירות. ראשונה באה המצאת הטרנזיסטור הדו קוטבי הראשון בשנה שלאחר מכן. ואז בשנת 1958, ג'ק קילבי המציא את המעגל המשולב הראשון שהעמיד יותר מטרנזיסטור אחד על אותו מת. 11 שנים אחר כך נחתה אפולו 11 על הירח, הודות למחשב ההדרכה המהפכני של אפולו, שהיה המחשב המשובץ הראשון בעולם. הוא נעשה באמצעות ICs שער כפול NOR כפול פרימיטיבי, שכלל 3 טרנזיסטורים בלבד לכל שער.
זה הוליד את סדרת שבבי ההיגיון הפופולריים של TTL (טרנזיסטור-טרנזיסטור לוגיקה), שנבנו באמצעות טרנזיסטורים דו-קוטביים. שבבים אלה נגמרו מ -5 וולט ויכולים לפעול במהירות של עד 25 מגה-הרץ.
אלה פינו עד מהרה את לוגיקת הטרנזיסטור המהודק של שוטקי, שהוסיפה דיודת שוטקי על בסיס הבסיס והקולט כדי למנוע רוויה, מה שהפחית מאוד את טעינת האחסון והפחית את זמני המעבר, מה שבתורו הקטין את עיכוב ההתפשטות שנגרם על ידי טעינת האחסון.
סדרה נוספת של לוגיקה מבוססת טרנזיסטור דו-קוטבית הייתה סדרת ECL (Emitter Coupled Logic) שפועלת על מתחים שליליים, ובעצם פועלת "לאחור" בהשוואה לעמיתיה TTL הסטנדרטיים ECL יכול לרוץ עד 500 מגה-הרץ.
בערך בתקופה זו הונהג ההיגיון ב- CMOS (מוליכים למחצה מתכת משלימה). היא השתמשה במכשירי ערוץ N ו- P, ומכאן השם משלים.
TTL VS CMOS: יתרונות וחסרונות
הראשונה והמדוברת ביותר היא צריכת חשמל - TTL צורכת יותר חשמל מ- CMOS.
זה נכון במובן שכניסת TTL היא רק הבסיס של טרנזיסטור דו קוטבי, שזקוק לזרם כלשהו כדי להפעיל אותו. גודל זרם הקלט תלוי במעגל בפנים, ושוקע עד 1.6mA. זו הופכת לבעיה כאשר כניסות TTL רבות מחוברות ליציאת TTL אחת, שהיא בדרך כלל רק נגד משיכה או טרנזיסטור צד גבוה מונע בצורה גרועה למדי.
מצד שני, טרנזיסטורי CMOS הם אפקט שדה, במילים אחרות, די בנוכחות של שדה חשמלי בשער כדי להשפיע על ערוץ המוליכים למחצה להולכה. בתיאוריה, שום זרם לא נמשך, למעט זרם הדליפה הקטן של השער, שלעתים קרובות הוא בסדר פיקו או ננו-אמפר. עם זאת, זה לא אומר שאותה צריכת זרם נמוכה נכונה גם למהירויות גבוהות יותר. לקלט של שבב CMOS יש קיבול מסוים, ולכן זמן עלייה סופי. כדי לוודא שזמן העלייה הוא מהיר בתדירות גבוהה, יש צורך בזרם גדול שיכול להיות בסדר גודל של כמה אמפר בתדרים MHz או GHz. זרם זה נצרך רק כאשר הקלט צריך לשנות את מצבו, בשונה מ- TTL שבו הזרם הטיה צריך להיות נוכח עם האות.
בכל הנוגע לפלטים, ל- CMOS ו- TTL יתרונות וחסרונות משלהם. יציאות TTL הן מוט טוטם או pullups. עם מוט טוטם, הפלט יכול להתנדנד רק בתוך 0.5 וולט מהמסילה. עם זאת, זרמי הפלט גבוהים בהרבה לעומת עמיתיהם ל- CMOS. בינתיים, יציאות CMOS, שניתן להשוות עם נגדים מבוקרי מתח, יכולות להפיק בתוך מילי-וולט ממסילות האספקה בהתאם לעומס. עם זאת, זרמי הפלט מוגבלים, ולעתים קרובות הם מספיקים בכדי להניע כמה נוריות.
הודות לדרישות הנוכחיות הקטנות יותר שלהם, ההיגיון ב- CMOS מעניק לעצמו טוב מאוד למזעור, כאשר מיליוני טרנזיסטורים יכולים להיות ארוזים באזור קטן מבלי שהדרישה הנוכחית תהיה גבוהה מבחינה מעשית.
יתרון חשוב נוסף ל- TTL על פני CMOS הוא החוסן שלו. טרנזיסטורים עם אפקט שדה תלויים בשכבת תחמוצת סיליקון דקה בין השער לתעלה כדי לספק בידוד ביניהם. עובי שכבת תחמוצת זו הוא בעובי ננומטר ובעל מתח פירוק קטן מאוד, ולעתים רחוקות עולה על 20 וולט אפילו ב- FET בעלי הספק גבוה. זה הופך את ה- CMOS לרגישים מאוד לפריקה אלקטרוסטטית ומתח יתר. אם הקלטים נותרים צפים, הם צוברים אט אט מטען וגורמים לשינויים מזויפים במצב הפלט, ולכן בדרך כלל כניסות CMOS נמשכות למעלה, למטה או לקרקע. TTL אינו סובל מבעיה זו לרוב מכיוון שהקלט הוא בסיס טרנזיסטור, שפועל יותר כמו דיודה ורגיש פחות לרעש בגלל העכבה הנמוכה שלו.
TTL או CMOS? איזה יותר טוב?
ההיגיון ב- CMOS החליף את TTL כמעט בכל דרך. למרות שבבי TTL עדיין זמינים, אין שום יתרון ממשי בשימוש בהם.
עם זאת, רמות קלט TTL הן מעט סטנדרטיות ותשומות לוגיות רבות עדיין אומרות 'תואם TTL', כך שקיימת CMOS המניע שלב פלט TTL לצורך תאימות אינו נדיר. בסך הכל CMOS הוא המנצח הברור בכל הנוגע לתועלת.
משפחת ההיגיון TTL משתמשת בטרנזיסטורים דו קוטביים כדי לבצע פונקציות לוגיות ו- CMOS משתמש בטרנזיסטורים של אפקט שדה. CMOS בדרך כלל צורך הרבה פחות כוח, למרות היותו רגיש יותר מ- TTL. CMOS ו- TTL לא באמת ניתנים להחלפה, ועם הזמינות של שבבי CMOS בעלי הספק נמוך, השימוש ב- TTL בעיצובים מודרניים הוא נדיר.