Logikgatter wurden ja schon in den Beiträgen Logikgatter-Bausteine der 74er Familie
und Logikgatter mit dem Arduino besprochen, wobei hier die Logik entweder per
Software oder einem vorgefertigen, digitalen IC umgesetzt wurde. In diesem Beitrag werden die einfachsten Logikgatter
anhand diskreter (analoger), elektronischer Komponenten aufgebaut und erklärt. Dabei wird die sogenannte
Widerstands-Transistor-Logik (Resistor-Transistor-Logic / RTL) verwendet, bei der für logische Schaltungen
npn-Bipolartransistoren und Widerstände verwendet werden.
In den folgenden Schaltplänen der einzelnen Logikgatter sind LEDs als Visualisierung für Eingänge (grün) und Ausgänge (rot)
eingefügt.
Das einfachste Logikgatter ist das Nicht-Gatter (auch: Invertierer) mit einem
Eingang und einem Ausgang. Es entspricht dem logischen NOT.
| A | out |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Ist der Schalter S1 geöffnet, so fließt Strom durch R2 und damit
auch durch den Ausgang, der durch LED2 dargestellt wird. Sobald der Schalter
geschlossen wird und damit am Eingang (LED1) ein HIGH-Signal anliegt, wird der
Transistor Q1 durchgeschaltet und lässt die LED am Ausgang erlöschen.
| A | B | out |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Beim AND-Gatter sind die Eingänge so verschaltet, dass beide gleichzeitig gedrückt werden müssen. Wichtig ist, dass die LEDs zur Visualisierung der Eingänge vor den Basis-Widerständen der Transistoren gelegt werden müssen, damit das korrekte Verhalten entsteht.
| A | B | out |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
| A | B | out |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
| A | B | out |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Durch Kombination der oben beschriebenen Gatter kann man komplexere Logik-Schaltungen produzieren, z.B. ein
Flipflop. Dies ist eine bistabile Kippstufe, die in der Lage ist, eine Datenmenge von einem Bit über eine
unbegrenzte Zeit speichern solange die Spannungsversorgung gewährleistet ist.
Ein wichtiger Flipflop-Typ ist das RS-Flipflop (Rücksetz-Setz-Flipflop; engl. auch SR-Latch), welches
zwei Eingänge besitzt: SET und RESET. Liegt an SET ein HIGH-Signal an,
so wird, das Bit des Ausgangs gesetzt. Dies kann erst wieder durch das Anlegen eines HIGH-Signals an
RESET zurückgesetzt werden.
