Mungkin mengejutkan untuk mengetahui bahwa paten untuk 'transistor efek medan' mendahului pembuatan transistor bipolar setidaknya dua puluh tahun. Namun, transistor bipolar lebih cepat diketahui secara komersial, dengan chip pertama yang terbuat dari transistor bipolar muncul pada 1960-an, dengan teknologi manufaktur MOSFET yang disempurnakan pada 1980-an dan segera menyusul sepupu bipolar mereka.
Setelah transistor kontak titik ditemukan pada tahun 1947, segalanya mulai bergerak dengan cepat. Pertama kali datang penemuan transistor bipolar pertama pada tahun berikutnya. Kemudian pada tahun 1958, Jack Kilby muncul dengan sirkuit terintegrasi pertama yang menempatkan lebih dari satu transistor pada die yang sama. Sebelas tahun kemudian, Apollo 11 mendarat di Bulan, berkat Apollo Guidance Computer yang revolusioner, yang merupakan komputer tertanam pertama di dunia. Itu dibuat dengan menggunakan IC gerbang NOR tiga input ganda primitif, yang hanya terdiri dari 3 transistor per gerbang.
Hal ini memunculkan rangkaian chip logika TTL (Transistor-Transistor Logic) yang populer, yang dibangun menggunakan transistor bipolar. Chip ini menjalankan 5V dan dapat berjalan dengan kecepatan hingga 25MHz.
Ini segera memberi jalan ke logika transistor penjepit Schottky, yang menambahkan dioda Schottky melintasi basis dan kolektor untuk mencegah saturasi, yang sangat mengurangi biaya penyimpanan dan mengurangi waktu peralihan, yang pada gilirannya mengurangi penundaan propagasi yang disebabkan oleh muatan penyimpanan.
Seri lain dari logika berbasis transistor bipolar adalah seri ECL (Emitter Coupled Logic) yang berjalan pada tegangan negatif, pada dasarnya beroperasi 'mundur' dibandingkan dengan standar TTL rekan ECL dapat berjalan hingga 500MHz.
Sekitar waktu ini logika CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) diperkenalkan. Ini menggunakan perangkat N-channel dan P-channel, oleh karena itu namanya saling melengkapi.
TTL VS CMOS: Keuntungan dan Kerugian
Yang pertama dan paling banyak dibicarakan adalah konsumsi daya - TTL mengonsumsi lebih banyak daya daripada CMOS.
Ini benar dalam arti bahwa input TTL hanyalah basis dari transistor bipolar, yang membutuhkan arus untuk menyalakannya. Besarnya arus masukan tergantung pada sirkuit di dalamnya, tenggelam hingga 1.6mA. Ini menjadi masalah ketika banyak input TTL dihubungkan ke satu output TTL, yang biasanya hanya resistor pullup atau transistor sisi tinggi yang digerakkan dengan buruk.
Sedangkan transistor CMOS bersifat field-effect, dengan kata lain adanya medan listrik pada pintu gerbang cukup mempengaruhi saluran semikonduktor menjadi konduksi. Secara teori, tidak ada arus yang ditarik, kecuali arus bocor kecil dari gerbang, yang sering kali dalam urutan pico- atau nanoamps. Namun, ini tidak berarti bahwa konsumsi arus rendah yang sama berlaku bahkan untuk kecepatan yang lebih tinggi. Input dari chip CMOS memiliki beberapa kapasitansi, dan oleh karena itu waktu naik yang terbatas. Untuk memastikan rise time cepat pada frekuensi tinggi maka diperlukan arus yang besar, yang bisa di urutan beberapa amp pada frekuensi MHz atau GHz. Arus ini dikonsumsi hanya ketika input harus berubah status, tidak seperti TTL di mana arus prategangan harus ada dengan sinyal.
Dalam hal keluaran, CMOS dan TTL memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Output TTL adalah tiang totem atau pullup. Dengan tiang totem, output dapat berayun hanya dalam 0,5V dari rel. Namun, arus keluaran jauh lebih tinggi daripada rekan CMOS mereka. Sementara itu, keluaran CMOS, yang dapat dibandingkan dengan resistor yang dikontrol tegangan, dapat dikeluarkan dalam milivolt dari rel suplai tergantung pada bebannya. Namun, arus keluaran terbatas, seringkali hampir tidak cukup untuk menggerakkan beberapa LED.
Berkat kebutuhan saat ini yang lebih kecil, logika CMOS sangat cocok untuk miniaturisasi, dengan jutaan transistor dapat dikemas ke dalam area kecil tanpa persyaratan saat ini terlalu tinggi.
Keuntungan penting lainnya yang dimiliki TTL dibandingkan CMOS adalah ketangguhannya. Transistor efek medan bergantung pada lapisan oksida silikon tipis antara gerbang dan saluran untuk menyediakan isolasi di antara mereka. Lapisan oksida ini berukuran nanometer dan memiliki tegangan tembus yang sangat kecil, jarang melebihi 20V bahkan dalam FET daya tinggi. Hal ini membuat CMOS sangat rentan terhadap pelepasan muatan listrik statis dan tegangan berlebih. Jika input dibiarkan mengambang, mereka perlahan-lahan mengakumulasi muatan dan menyebabkan perubahan status output palsu, itulah sebabnya input CMOS biasanya ditarik ke atas, ke bawah, atau diarde. TTL tidak mengalami masalah ini sebagian besar karena inputnya adalah basis transistor, yang bertindak lebih seperti dioda dan kurang sensitif terhadap kebisingan karena impedansinya yang lebih rendah.
TTL ATAU CMOS? Mana yang lebih baik?
Logika CMOS telah menggantikan TTL dalam hampir segala hal. Meskipun chip TTL masih tersedia, tidak ada keuntungan nyata dalam menggunakannya.
Namun, level input TTL agak terstandarisasi dan banyak input logika masih mengatakan 'kompatibel dengan TTL', jadi memiliki CMOS yang menggerakkan tahap output TTL untuk kompatibilitas tidak jarang. CMOS secara keseluruhan adalah pemenang yang jelas dalam hal utilitas.
Keluarga logika TTL menggunakan transistor bipolar untuk menjalankan fungsi logika dan CMOS menggunakan transistor efek medan. CMOS umumnya mengkonsumsi daya yang jauh lebih sedikit, meskipun lebih sensitif daripada TTL. CMOS dan TTL sebenarnya tidak dapat dipertukarkan, dan dengan ketersediaan chip CMOS berdaya rendah, penggunaan TTL dalam desain modern jarang terjadi.