| 24.9 Vom
Transistor zum Gatter
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Der
Transistor als Schalter |
 Die
meisten in el. Schaltungen eingesetzten Transistoren arbeiten als
Schalter. Wir wollen nun zeigen, wie man einen solchen Schalter
verwendet. Zur Funktionsweise eines Transistors, verweisen wir auf
"Etwas Physik zum
Feldeffekttransistors".Ist S nach oben gelegt, der mit dem Pfeil gekennzeichnete Eingang, die Steuerelektrode des Transistors mit dem Pluspol verbunden, läuft der Motor M. Der Transistor reagiert wie ein geschlossener Schalter. Ist S aber nach unten gestellt, die Steuerelektrode des Transistors also mit dem Minuspol verbunden, bleibt der Motor stehen, der Transistor reagiert jetzt wie ein geöffneter Schalter. Diese Eigenschaft, dass man einen Transistor als Schalter verwenden kann, wollen wir jetzt ausnützen, um logische Schaltungen zu bauen. Wir wollen auch klären, was wir unter einer logischen Schaltung verstehen wollen. |
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| NOT-Schaltung |
 Liegt
die Steuerelektrode E auf hohen Potenzial (Pluspol) zeigt das linke
Voltmeter eine Spannung an und der Transistor arbeitet als geschlossener
Schalter. Elektrizität fließt vom Pluspol durch Widerstand und
Transistor zum Minuspol. Dabei liegen die Stellen (2) und (3) auf
gleichem Potenzial, das rechte Voltmeter zeigt demnach die Spannung 0
Volt an.Legen wir jetzt die Steuerelektrode E auf tiefes Potenzial (Minuspol) zeigt das linke Voltmeter keine Spannung (genauer: 0 Volt) an. Der Transistor wirkt als geöffneter Schalter. Die Stellen (1) und (2) liegen auf gleichem Potenzial. Demnach herrscht zwischen den Stellen (2) und (3) eine Potenzialdifferenz, das rechte Voltmeter zeigt eine Spannung an. Die Funktionsweise der Schaltung lässt sich in einer Tabelle verdeutlichen:
Setzen wir die Tatsache, dass
Spannung gemessen wird "1" und dass keine Spannung gemessen
wird "0", so erhalten wir die Tabelle, des Verneiners, also
eine Schaltung, die wie ein logisches NOT reagiert. Wir nennen diese
"logische" Schaltung ein NOT-Gatter. Die Schaltung verhält
sich zur Logik wie ein äquivalentes Modell. |
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| NAND-Schaltung |
 Durch
den Widerstand fließt nur dann Elektrizität, wenn beide Transistoren
als geschlossene Schalter fungieren, d.h. wenn E1 und E2
auf positiven Potenzial liegen, zwischen E1 bzw. E2
und dem Minuspol also eine Spannung liegt. Wenn aber durch Widerstand
und Transistoren Elektrizität fließt, sind die Stellen (2) und (3) auf
gleichem Potenzial, in A ergibt sich demnach ein negatives Potenzial.
Zwischen A und Stelle (3) wird keine Spannung gemessen. In allen anderen
Fällen, wenn also an E1, E2 oder an beiden E1
und E2 negatives Potenzial liegt, fließt keine
Elektrizität, liegen die Stellen (1) und (2) auf gleichem Potenzial und
zwischen A und Minuspol wird eine Spannung gemessen. Wir bekommen somit
folgende Tabelle:
Ersetzt man "Spannung" wieder durch eine "1" und keine Spannung durch "0" so erkennt man die Äquivalenz zwischen Funktionstabelle der Schaltung und Funktionstabelle des NANDs. Unsere "logische" Schaltung nennen wir deshalb NAND-Gatter |
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| NOR-Schaltung |
 A
liegt nur dann auf positiven Potenzial, wenn sowohl E1 als
auch E2 auf negativen Potenzial liegen. Entsprechend den
bereits beschriebenen Fällen, stellen wir folgende Tabelle auf:
Der Vergleich zwischen Funktionstabelle der el. Schaltung und der Funktionstabelle des NOR (dem negierten OR) offenbart auch hier die Äquivalenz. Wir nennen diese logische Schaltung NOR-Gatter
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| Literatur:
Herrmann/Schmälzle: Daten und Energie bei J.B.Metzler-B.G.Teubner 1987 |
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