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Integrierte Schaltungen

Tags: Elektronik
Stand: 7. Oktober 2006, 16:37
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Unter einem Logik-Gatter (schlechte Eindeutschung von engl. “logical gate”) versteht man eine elektronische Schaltung, die zwei oder mehrere binär-digitale Eingänge nach den Gesetzen der Boole’schen Algebra miteinander verknüpft und das Ergebnis als binär-digitalen Zustand an ihrem Ausgang verfügbar macht.

Solche Schaltungen sind als standardisierte Familien von integrierten Schaltungen auf dem Markt. Durch die Standardisierung wird die Zusammenschaltung mehrerer Gates zu komplexen Logikfunktionen sehr einfach, zumindest was den Hardware-Aspekt betrifft. Außer einfachen Gates umfassen die Familien auch höher integrierte Funktionen: digitale Daten-Multiplexer, Speicherschaltungen wie Flipflops und Schieberegister sowie digitale Zählerbausteine.

Die am meisten verbreiteten Schaltungstypen invertieren das logische Ergebnis am Ausgang. Statt einer AND-Schaltung hat man dann eine NAND-Schaltung, d.h. NOT-AND.

Schaltsymbol und Wahrheitstabelle eines NAND-Gate (invertierendes UND):

NAND Gatter

x y x NAND y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Schaltsymbol und Wahrheitstabelle eines NOR-Gate (invertierendes ODER):

NOR Gatter

x y x NOR y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Logikfamilien

Die Logikfamilien unterscheiden sich in ihrer Betriebsspannung, Schaltgeschwindigkeit, Spannungswerte für “High” und “Low” Signalspannungen und in ihren Eingangswiderständen. Praktisch von Bedeutung ist gegenwärtig (noch) die LS-TTL-Familie, die Standard CMOS-Familie und (bevorzugt) die High-Speed HCMOS-Familien 74HCxx und 74HCTxx. Die meisten derzeit verbreiteten Mikroprozessoren sind in HCMOS-Technologie kompatibel zur 74HCT Familie aufgebaut, die anderen hier aufgeführten Logikfamilien lassen sich jedoch ohne Probleme mit den Prozessoren zusammenschalten.

Familie Betriebsspannung “HIGH” “LOW” Schaltzeit Eingangs-Widerstand
LS-TTL 5 V +/-10% >2,5 V <1,5 V ca. 10ns ca. 10 kOhm
Standard-CMOS UB= 3-18 V >0,7*UB <0,3*UB ca. 200ns >10 MOhm
HCMOS: 74HC.. UB= 3-6 V >0,7*UB <0,3*UB ca.10ns >10 MOhm
HCMOS: 74HCT.. 5 V +/-10% >2,5 V <1,5 V ca. 10ns >10 MOhm

Eine gute Übersicht über die verschiedenen Logikfamilien und ihre Unterschiede findet man auf folgender Seite: http://www.fh-sw.de/sw/fachb/et/halbl/stdlogik.htm

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