Digitale
Elektronik ist die Grundlage moderner Computertechnik. Digital
heißt, dass es nur eindeutige An- oder Aus-Zustände in einer
Schaltung gibt, nicht aber Zwischenstufen wie halb an oder dreiviertel
an wie in der analogen Elektronik. Auf den ersten Blick hat man also
weniger Möglichkeiten. Wenn man aber viele digitale Leitungen
gleichzeitig verwendet, gibt es insgesamt sehr viele unterschiedliche
Zustände. Jeden einzelnen Zustand bezeichnet man als ein Bit. Ein
8-Bit-System kann gleichzeitig 256 Zustände darstellen, ein
16-Bit-System schon 65636 (= 2 hoch 16) Zustände. Wenn dann noch
alle Zustände schnell wechseln, lassen sich riesige Datenmengen
verarbeiten und komplexe Systeme wie z.B. das Internet realisieren.
Die
ersten Versuche zur digitalen Elektronik sollten mit möglichst
einfachen Bauteilen durchgeführt werden. Ein typischer
Grundbaustein ist ein so genanntes Gatter, also eine Schaltung mit
Eingängen und einem Ausgang. Der Zustand an den Eingängen
bestimmt, was am Ausgang passiert. Ein typisches Bauspiel ist das
NAND-Gatter. Das im Lernpaket verwendete vierfache NAND-Gatter 4011
erlaubt bereits zahlreiche Schaltungsvarianten. Aus mehreren
NAND-Gattern lassen sich Schaltungen mit anderen Funktionen aufbauen.
Sogar ein ganzer Computer ist letztlich aus solchen Grundfunktionen
aufgebaut.
Aus Gattern lassen sich z.B. Flipflops oder
Speicherbausteine aufbauen, die den zuletzt eingenommenen Zustand
behalten. Ein komplexeres Flipflop ist das JK-Flipflop, das intern
ebenfalls aus Gatterfunktionen aufgebaut ist. Das Lernpaket
enthält ein doppeltes JK-Flipflop 4027. Die beiden ICs
gehören zur CMOS-Familie 4000 und dürfen mit
Betriebsspannungen zwischen 3 V und 15 V betrieben werden. Damit eignen
sie sich hervorragend für einfache Experimente und für den
Batteriebetrieb mit 9 V.
Hier
sollen zunächst die Bauteile vorgestellt werden. Die einzelnen
Versuche werden auf einer Steckplatine durchgeführt. Zu jedem
Versuch gibt es ein Schaltbild und ein Aufbaufoto. Das Foto ist jeweils
nur als Vorschlag zu verstehen, Sie können die Bauteile auch
anders anordnen. Die Anschlussdrähte der einzelnen Bauteile wurden
wegen der besseren Übersicht teilweise für die Fotos
gekürzt. Verwenden Sie jedoch die Anschlussdrähte
ungekürzt, damit sie auch noch für weitere Versuche
einsetzbar bleiben.
Inhalt und farbige Aufbaubilder als Hilfe zur Fehlersuche
1 Einführung 1.1 Das Steckfeld 1.2 Die Batterie 1.3 Leuchtdioden 1.4 Widerstände 1.5 Kondensatoren