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Logik-Grundschaltungen

Logik-Grundschaltungen (“Gatter”) bilden die Basis für die binäre Digitaltechnik. Sie dienen als Umsetzungen für die Rechenoperationen NICHT, UND, ODER sowie ENTWEDER-ODER der mathematischen Logik.[1]

Die oben genannten Verknüpfungen lassen sich auf einfache Weise durch mechanische Schalter oder etwas komplizierter – mit elektronischer Steuerung und ohne mechanische Bauteile – durch Transistoren erreichen.

Die NICHT-Schaltung

Eine einfache NICHT-Schaltung lässt sich mit Hilfe eines Schalters bzw. Tasters erreichen, der parallel zum Hauptstromkreis (im Schema einer NICHT-Schaltung (mechanisch) eine LED mit Vorwiderstand) geschaltet wird. Ist der Schalter nicht geschlossen, so fließt Strom durch den Hauptstromkreis – die LED leuchtet. Wird der Schalter geschlossen, so wird dem Hauptstromkreis die nötige Betriebsspannung entzogen.[2]

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Schema einer NICHT-Schaltung mit einem mechanischen Schalter.

Durch eine Parallelschaltung wird somit die gewöhnliche Funktion des Schalters umgekehrt (“invertiert”). Als Alternative kann ebenso ein Taster bzw. Schalter (in Reihe) eingebaut werden, der im Ausgangszustand geschlossen ist und bei Betätigung den Stromkreis unterbricht.

Die UND-Schaltung

Eine einfache UND-Schaltung lässt sich durch den Einsatz zweier Schalter oder Taster erreichen. Werden diese als Reihenschaltung angeordnet, so kann nur Strom fließen, wenn beide Schalter gleichzeitig geschlossen sind.

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Schema einer UND-Schaltung mit zwei mechanischen Schaltern.

UND-Schaltungen in der obigen Form finden beispielsweise als Sicherheitsschalter Verwendung.

Die ODER-Schaltung

Eine einfache ODER-Schaltung lässt sich erreichen, indem zwei (oder mehrere) Schalter bzw. Taster parallel zueinander geschaltet werden. Es kann nur dann ein Strom im Hauptstromkreis fließen, wenn der eine oder der andere Schalter oder beide zugleich geschlossen sind.

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Schema einer ODER-Schaltung mit zwei mechanischen Schaltern.

Eine elektronisch gesteuerte ODER-Schaltung lässt sich mittels zweier Transistoren realisieren. Beide Transistoren verfügen dabei über einen gemeinsamen Kollektor- und Emitteranschluss. Wird an die Basis eines oder beider Transistoren eine positive Spannung angelegt, so wird der Hauptstromkreis geschlossen – die LED im Schema einer ODER-Schaltung leuchtet auf.[3]

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Schema einer ODER-Schaltung mit zwei Transistoren

Die XODER-Schaltung

Eine mechanische XODER-Schaltung (“exklusives” ODER) kann durch zwei Wechselschalter mit umgekehrter Anschlussbelegung realisiert werden. Ein Stromfluss im Hauptstromkreis ist auf diese Weise nur dann möglich, wenn entweder der eine oder der andere Schalter geschlossen ist. Sind beide Schalter geschlossen oder geöffnet, kann kein Strom fließen.

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Schema einer XODER-Schaltung mit zwei mechanischen Wechselschaltern.

Anmerkungen:

[1]Siehe Verknüpfungen von Aussagen.
[2]Bei geschlossenem Schalter sind im Schema einer NICHT-Schaltung (mechanisch) beide Seiten der LED direkt mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden. Die Abzweigung zum parallel eingebauten Schalter erfolgt erst nach dem Vorwiderstand der LED, um beim Betätigen des Schalters einen Kurzschluss zu verhindern.
[3]Die beiden mechanischen Schalter im Schema einer ODER-Schaltung dienen lediglich dazu, die beiden Basis-Anschlüsse der Transistoren mit der konstanten Stromquelle zu verbinden. In einer “echten” elektronisch geregelten ODER-Schaltung kommen die Spannungssignale von einem anderen integrierten Schaltkreis, beispielsweise von einem Timer-IC.