Halli Hallo! Als kleines Abschiedsgeschenk für meinen Informatik Lehrer habe ich eine kleine Platine entworfen, auf der die wichtigsten Gatter diskret aufgebaut sind. Er hatte immer Probleme Schülern den Aufbau von Gattern zu erklären und genau dabei soll diese kleine Platine in Zukunft helfen. Meine Frage ist jetzt ob ich a.) alle Gatter richtig konstruiert habe und b.) ob die Widerstände richtig gewählt sind. Gerade letzteres liegt für mich noch ein wenig in der Welt des Ungewissen, da ich bis jetzt noch nicht richtig verstanden habe wie man das mit den Basiswiderständen und dem Basis-Emitter-Strom bei Transistoren verhält. Die LEDs sind ganz normale 5mm 20mA LEDs und die Transistoren solche Wald- und Wiesen Schalttransistoren mit Namen 2N 3904. Falls euch auf der Platine irgendwelche Ungereimtheiten auffallen habe ich dafür natürlich ein offenes Ohr. Danke schonmal für eure Hilfe!
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Ach das hätte ich jetzt fast vergessen: Groundplane ist selbstverständlich vorhanden, nur der Übersichtlichkeithalber ausgeblendet...
Ob das dein Lehrer versteht ? Für die zukünftigen Informatikschüler wäre es besser, die elementaten Schaltungen mit Dioden aufzubauen. Als Inverter bzw. als LED-Treiber dann jeweils Transistoren wählen. janosch
Deine Basisvorwiderstaende kannst du noch ein bisschen hochohmiger waehlen. So eine geringe Stromverstaerkung haben die Transistoren nun auch wieder nicht. Damit deine Transistoren zuverlaessig sperren (Die Basis ist ja offen wenn der Schalter offen ist) wuerde ich dir raten noch einen Widerstand zwischen Basis und Emitter einzufuegen. 250 Ohm Widerstaende kann man schlecht kaufen. Gruss Helmi
Mit etwas nachdenken kannst du alle Gatter ohne Transistoren aufbauen. Das ist dann für die Schüler deutlich einfacher nachzuvollziehen. In deinem Schaltplan sind einige Leitungen nicht verbunden. (Nur wenn bei einer Kreuzung ein Punkt ist, sind diese auch verbunden.)
@ Janosch:
Wie soll das mit Dioden gehen? Ich hab das bis jetzt nur mit
Transistoren gesehen... naja und wirds wirkklich einfacher wenn ich
neben Transistoren auch noch Dioden verwende? Die Gatter selbst bestehen
ja derzeit nur aus Widerständen und Transistoren und das ist doch
eigentlich schön einfach.
Die Schaltung selbst wird ja auch nicht anhand der Platine erklärt
sondern am Schaltplan... die Platine zeigt nur: Es funktioniert! :-D
Ich würde aber gerne mehr über die Sache mit den Dioden wissen.
@ Helmi:
Gut dann nehme ich statt 250 Ohm einfach 270 und für die
Basiswiderstände statt 1k dann 4,7k. So besser?
Dazu noch ne Frage: In dem XOR Gatter schalten die Schalter ja jeweils 2
Transistoren, muss hier der Widerstand noch höher gewählt werden?
Meinst du mit "wuerde ich dir raten noch einen Widerstand zwischen Basis
und Emitter einzufuegen" soetwas:
|
| C
B |/
--|___|-o-----|
| |>
| | E
o-|___|-o
|
|
Und wenn ja:
a.) wie nötig sind die? Mit anderen Worten: Welche Funktion erfüllen sie
genau?
b.) wie groß müssen diese Widerstände gewählt werden?
So long...
Es geht nicht um die Funktion der Gatter. Der diskrete Aufbau eines Gatters mit Schaltern statt Transistoren wird z.B. hier ganz gut beschrieben: http://www.loetstelle.net/grundlagen/digitaltechnik/teil3.php Es geht darum wie man sich das innere eines Logik-ICs (also den Aufbau) vorstellen kann. Daher die Transistoren. CMOS habe ich absichtlich nicht gewählt, da deren Funktion noch wesentlich schwieriger nachzuvollziehen ist.
NOR und XNOR sind nicht dabei. NOR, weils keine geistige Hochleistung ist sich aus dem Wissen über AND, OR und NAND sich auch das NOR zu erschließen und XNOR, weils kaum eine Rolle spielt.
>da deren Funktion noch wesentlich schwieriger nachzuvollziehen >ist. Finde ich nicht so. Im Gegenteil. Dadurch das das Bulk intern immer entweder auf UB oder GND geklemmt ist bringt das viele Vorteile, die einem beim diskreten FET (Bulk=Source) manchmal Sorgen bereitet. zB Ansteuerung bei floatingSource (H-Brücken)... >XNOR, weils kaum eine Rolle spielt Was? XNOR = Äquivalenz, also Komparatoren.. Ich halte die für wichtig...
Jakob G. schrieb: > CMOS habe ich absichtlich nicht > gewählt, da deren Funktion noch wesentlich schwieriger nachzuvollziehen > ist. Nur dass deine Schaltungstechnik seltsamerweise stark an NMOS erinnert, hingegen eher wenig an Bipolartechnik. Logik mit Reihe geschalteten Bipolartransistoren ist mir jedenfalls noch nicht begegnet, das gibt es m.W. nur bei MOS. Bipolar sieht das typischerweise eher so aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Widerstands-Transistor-Logik http://de.wikipedia.org/wiki/Diode-Transistor-Logik Hingegen NMOS: http://de.wikipedia.org/wiki/NMOS-Logik
>a.) wie nötig sind die? Mit anderen Worten: Welche Funktion erfüllen sie >genau? Damit der Transistor sauber sperrt. >b.) wie groß müssen diese Widerstände gewählt werden? Durch diesen Widerstand soll in etwa 1/10 des Basisstromes fliessen Bei deinem XOR Gatter kannst du die Basen der Transistoren nicht einfach parallel schalten. Jeder Transistor braucht seinen eigenen. Durch unterschiede in den Basis Emitterspannungen steuert sonst der eine Transistor schon durch und der andere noch nicht. Besonders die Transistoren deren Emitter am Kollektor eines anderen Transistors hängen haben dann ein Problem
Ich sage du solltest den ein oder anderen Schaltungsteil noch einmal überdenken, z.B. bei deinem UND, die Last sollte immer im Kollektorzweig stecken, da sie im Emitterzweig eine Stromgegenkopplung darstellt und somit dem durchsteuern entgegenwirkt.
@ A.K.: Hey danke für die Links! Ich hab nie drüber nachgedacht welche verschiedenen Prinzipien es für den Aufbau von Logik gibt und einfach das umgesetzt, was bei Wikipedia unter "XOR Gatter" ect. zu finden war. Ich werd dann mal versuchen alles "RTL-konform" darzustellen. Auch wenn die Technik veraltet ist: Sie ist einfach und braucht nur wenige Bausteine und lässt sich deswegen leicht nachvollziehen.
hhmmm warum wurde mein Beitrag nicht beachtet, ich habe nur darauf hingewiesen dass deine Schaltung teilweise für den Arsch ist...
@ Hartmut: Ich habe deinen Beitrag leider nicht ganz verstanden. Wenn ich richtig verstanden habe was du meinst ist das in einfachen Worten: Keine Bipolartransistoren in Reihe. Richtig? Wenn ich jetzt also das UND in RTL darstellen will, dann sollte ich ein NOR nehmen und die beiden Eingänge invertieren. Finde ich ein wenig umständlich, da 2 Transistoren mehr aber wenns besser funktioniert warum nicht. Auf http://www.play-hookey.com/digital/electronics/rtl_gates.html wird das NAND Gatter auch mit in Reihe geschalteten Transistoren vorgeschlagen. A.K. meint das wäre untypisch. Ist das nun RTL-Logik oder nicht? Ein XOR mit 4 invertieren ORs (entspricht NAND) braucht immerhin 8 Transistoren mehr.
Ja sorry, hab mich eben vlt. ein bisschen mies ausgedrückt, was ich meinte ist folgendes: Du steuerst einen bipolaren Transistor ja über die Basis-Emitter-Strecke, insofern brauchst du zwischen Basis und Emitter umgefähr 0,6-0,7V Potentialdifferenz wenn du aber einen Widerstand in den Emitter-Zweig hineinzauberst fällt über diesen eine Spannung ab sobald der Transistor leitend wird, die wiederum hindert den Transistor am durchsteuern da die Differnzspannung kleiner wird. Also wird die Last immer in den Kollektor-Zweig geschaltet, bei solchen Geschichten. (Hab den Text nicht kontroll gelesen)
Es kommt ein bischen drauf an, was du damit erreichen willst. Wenn es nur darauf ankommt, dass die LED zum richtigen Zeitpunkt leuchtet, dann kannst du die Transistoren auch ganz weglassen und das ganze nur mit Schaltern und Widerständen erreichen. Entspricht etwa Relais-Logik (Zuse). Wenn es hingegen etwas nach Logikschaltung aussehen soll, dann ist deine Invertierung durch Kurzschliessen der LED etwas in die Tasche gelogen, denn du hast damit einen klammheimlichen Inverter drin, ohne dass man den wirklich sieht. Wenn das also schaltungstechnisch echt wirken soll, dann ist ein expliziter Inverter sinnvoll, einfach weil man in realer Logik auch einen bräuchte. Aber was das UND angeht: mach ruhig deine Serienschaltung, sie passt. Logik aus Dioden ist aus einem anderen Grund etwas nützlicher: Man kann sie ganz gut in der Praxis gebrauchen. Wie oft wird hier im Forum beispielsweise danach gefragt, wie man mehrere RS232 TX zusammenschalten kann. Antwort: per UND-Gatter, gebaut aus N Dioden und einem Widerstand (http://de.wikipedia.org/wiki/Wired-AND). Oder-Gatter geht spiegelverkehrt genauso, nur für einen Inverter wird ein Transistor fällig (auf Pegel aufpassen!).
A. K. schrieb: > Es kommt ein bischen drauf an, was du damit erreichen willst. Wenn es > nur darauf ankommt, dass die LED zum richtigen Zeitpunkt leuchtet, dann > kannst du die Transistoren auch ganz weglassen und das ganze nur mit > Schaltern und Widerständen erreichen. Entspricht etwa Relais-Logik > (Zuse). Es geht darum zu zeigen wie es im Inneren eines Logikbausteins aussieht bzw. ausgesehen hat, da RTL-Technik ja mitte der 60er obsolet wurde. RTL-Technik is aber gar nicht schlecht weil nur Widerstände und Transistoren verwendet werden und die Schaltungen recht simpel sind. Zudem passt es gut zu dem Kontext in dem Gatter in der Schule behandelt werden, nämlich der Geschichte der Digitaltechnik. > > Wenn es hingegen etwas nach Logikschaltung aussehen soll, dann ist deine > Invertierung durch Kurzschliessen der LED etwas in die Tasche gelogen, > denn du hast damit einen klammheimlichen Inverter drin, ohne dass man > den wirklich sieht. Wenn das also schaltungstechnisch echt wirken soll, > dann ist ein expliziter Inverter sinnvoll, einfach weil man in realer > Logik auch einen bräuchte. Ich versteh nicht ganz genau wo der "klammheimliche Inverter" ist und was er ist und was man tun muss, damit der explizit wird... @ Hartmut: Kurz vor deinem letzten Beitrag hab ich mich durch den Transistoren-Artikel auf Mikrocontroller.net gekämpft und dann auch verstanden was du meintest. :-) Wurde selbstverständlich geändert.
So das NOR-Gatter hab ich jetzt mal auf dem Steckbrett
zusammengefriemelt. Funktioniert super, nur die Widerstände müssen
überraschend gering gewählt werden:
VCC
+
|
.-.
| |
|270
'-'
| LED
+----------o-------->|---+
| | |
| | |
|/ |/ ===
+---| +---| GND
| |> | |>
| | | |
.-. | .-. |
| | | | | |
|640 | |640 |
'-' | '-' |
| | | |
o | o |
X1 === X2 ===
GND GND
Über 640 Ohm leuchtet die LED noch schwach... Ich hatte eigentlich
erwartet, dass der Basiswiderstand über 1k liegt...
Das OR-Gatter sieht jetzt "RTL-konform" so aus:
VCC VCC
+ +
| |
| .-.
.-. | |
| | |270
|270 '-'
'-' | LED
| o----->|---+
| | |
| 360 |/ |
+----------o--|___|--| ===
| | |> GND
| | |
| | |
|/ |/ |
+---| +---| |
| |> | |> ===
| | | | GND
| | | |
| | | |
.-. | .-. |
| | | | | |
|640 | |640 |
'-' | '-' |
| | | |
o | o |
X1 === X2 ===
GND GND
Wieder ziemlich kleine Widerstände aber es funzt.
@ Simon: hehe xD gefällt mir! So langsam hab ich keine Lust mehr... ich hab mal versucht ein AND Gatter in RTL-Logik auf meinem Steckbrett zu stecken. Die LED leuchtet nur schwach aber immerhin tut sie es nachdem ich in langwirigem rumprobieren folgende Werte ermittelt habe: VCC + | | .-. | | |270 VCC '-' + | | | LED .-. +----------o----->|--+ | | | | | |47 | | | '-' | | | | 640 |/ |/ | o---|___|-------| +---| | | |> | |> === | VCC | | | GND 100 |/ + | | | X1o-|___|--| | | | | |> .-. === .-. | | | | GND | | | | |47 |640 | | '-' '-' | | | | | === o---------------+ | GND | === | GND 100 |/ X2o--------|___|--| |> | | === GND Wo liegt der Fehler? So jetzt gehts erstmal in die Kiste...
Kann es sein, dass du Kollektor und Emitter vertauscht hast?
3x überprüft... kein fehler drin... Außerdem wirds langsam absurd: Wenn ich die Widerstände bei dem einen Iverter wähle wie ich es sonst auch tue funktioniert das ganze wesentlich besser. Nehme ich diese Widerstände auch bei dem anderen Inverter leuchtet die LED schon wenn nur ein Eingang auf HIGH ist. -.- Das macht doch keinen Sinn! VCC + | | .-. | | |270 VCC '-' + | | | LED .-. +----------o----->|--+ | | | | | |270 | | | '-' | | | | 640 |/ |/ | o---|___|-------| +---| | | |> | |> === | VCC | | | GND 640 |/ + | | | X1o-|___|--| | | | | |> .-. === .-. | | | | GND | | | | |47 |640 | | '-' '-' | | | | | === o---------------+ | GND | === | GND 100 |/ X2o--------|___|--| |> | | === GND
Alexander Schmidt schrieb: > Mit etwas nachdenken kannst du alle Gatter ohne Transistoren aufbauen. > Das ist dann für die Schüler deutlich einfacher nachzuvollziehen. Eben so, wie es in der Realitaet auch gemacht wird... super.
@ Michael und den Gast: wie wärs ihr jungs lest euch einmal den ganzen thread durch bevor ihr hier rumspamt! Kann das bitte ein Mod löschen?
> 3x überprüft... kein fehler drin... > denn du hast damit einen klammheimlichen Inverter Stimmt auch so wie gewollt (NOT), die LED zeigt jedoch nicht die Invertierung an, sondern das Signal selbst (LED müsste in Reihe zum Transistor wenn aktiv).
@ Chinese: Das verstehe ich nicht ganz! Das UND-Gatter ist doch so richtig gebaut: Nur wenn an an X1 und X2 ein HIGH anliegt sperren beide Transistoren des NOR-Gatters und der Strom fließt über den LED Zweig. Wiso soll ich die LED hinter einen der Transistoren tun? Hinter welchen überhaupt? Was mich vorallem wurmt: Warum kann ich nicht bei beiden Invertern die gleichen Widerstände wählen?
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Hallo Jakob, so wie im Bild musst du es machen. Falls du 9V verwendest, verdopple die Widerstandswerte.
"AND" mit Dioden
VCC
+
|
.-.
| |
|270
'-'
Diode(n) |
A o-----|<|---------o
|
B o-----|<|---------o
|
_
\/ LED
-
|
=== GND
LED leuchtet, wenn A und B logisch 1 sind.
"OR"
A o-----|>|---------o
|
B o-----|>|---------o
|
.-.
| |
|270
'-'
|
_
\/ LED
-
|
=== GND
LED leuchtet, wenn A oder B logisch 1 sind.
Inverter = Transistor.
Aufwand = minimal.
Jan
Yep, aber beim Inverter muss man drauf achten, dass der erst ab über 1V schaltet, oder man sollte beim UND Schottkydioden verwenden. Denn der 0-Pegel vom UND mit normalen Dioden reicht dem Transistor schon zum schalten.
@Janosch: Danke aber wenn du den Beitrag gelesen hast weißt du, dass ich das nicht suche... @ Helmut: Danke! Genau das suche ich... manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht... Nur die Widerstände müssen bei mir völlig anders gewählt werden. Braucht die LED nicht auch einen Vorwiderstand wie in (2)? In deiner Zeichnung ist kein Vorwiderstand eingetragen (1). (1) VCC (2) VCC + + | | V -> .-. - | | | |150 .-. '-' | | | |470 | '-' V -> | - 470 |/ | X1o-|___|--| | |> .-. | | | 470 |/ |470 X2o-|___|--| '-' |> | | 470 |/ | X1o-|___|--| === |> GND | 470 |/ X1o-|___|--| |> | | === GND
Da sind doch immer 470 Ohm bzw. 1k drin. Da braucht man keinen extra Widerstand. Ich ging davon aus, dass nur deine LEDs(an/aus) interessieren und nicht die Spannungspegel. Etwas mehr Aufwand braucht man, wenn du die Ausgänge mit anderen Eingängen verbinden willst. Dann muss man die LED-Anzeige entkoppeln.
Nein der 470ohm unter der Led ist schon der Vorwiderstand. Funktioniert deine Schaltung nicht mit Eingangswiderständen von 10k? Dein Transistor 2N3904 hat eine Stromverstärkung (hfe) von etwa 100. D.h. 0,1mA Basisstrom werden zu 10mA Kollektorstrom. Du hast hier aber 9V/470ohm = 19mA Das ist viel zu viel. Poste doch mal ein Foto deines Aufbaus.
Ich habs nochmal aufgebaut und diesmal andere Widerstände gewählt... mit
1k an der Basis und 520 Last am Kollektor hats noch ganz gut
funktioniert. Das bedeutet 5V/1kohm= 5mA. Immer noch zu viel.
Is aber auch nicht tragisch. Ich werde die Schaltung nehmen die mehr
RTL-Logik entspricht auch wenn sie ein wenig komplizierter ist (NOR mit
Invertierten Eingängen). Wenn die Platine RTL-konform ist, dann passt
das noch besser zu den Unterrichtsinhalten.
Witzigerweise kann ich jetzt beide Inverter mit den gleichen
Widerständen bauen... also hatte Alexander
> Kann es sein, dass du Kollektor und Emitter vertauscht hast?
vielleicht doch recht. :-)
Jetzt bastel ich noch ein Schönes XOR zusammen und dann ab ins
Bettchen...
In deinem Schaltplan wird eine Logik-Verknüpfung dargestellt die sofort beim Einschalten des entsprechenden S12 aktiviert ist, weil die Eingangskontakte S1, S2 im Ruhezustand auch auf HIGH liegen. Wenn nur einer der Eingänge erregt wird, wird das AND logisch zu einem OR, das OR zum AND .... Beim NOT leuchtet die LED auch bereits beim Einschalten des Switches S12 und geht aus, wenn S5 gedrückt wird. Somit wird in deinem Schaltplan positive und negative Logik abwechselnd angewendet, das sollst du bitte berücksichtigen, das ist bereits von A.K. erwähnt worden.
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So ich hab mir alle eure Ratschläge zu Herzen genommen und den Schaltplan entsprechend geändert. Dazu auch die Platine neu... Sämtliche Gatter entsprechen RTL-Logik (Also z.B. keine Transistoren in Reihe und immer gegen GND geschaltet). Das XOR ist aus 5 NORs gebaut. Die Gatter können jetzt einzeln aktiviert werden, damit die LEDs von NAND, NOT und NOR nicht dauerhaft leuchten. Bis auf das XOR habe ich alle Gatter auf dem Steckbrett einmal aufgebaut und sie funktionieren so sehr wunderbar. 3 NORs hintereinanderklemmen ist auch kein Problem, womit das XOR auch gut funktionieren müsste. Schaut euch bitte das ganze nochmal an und sagt ob ich irgendwas vergessen habe... Ansonsten kann ich nur sagen: Danke für eure schnelle und geduldige Hilfe! Besonders an A.K., Alexander und die Helmuts. :-)
stimmt darüber hab ich gar nicht nachgedacht... ein einfacher inverter reicht ja schon... ich verbesser das noch.
So jetzt brauch ich sogar nur noch eine Lötbrücke! :-) So werd ich die Platine ätzen... danke nochmal an alle!
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diskret2.jpg
110 KB
Hallo, gestern von einem Bekannten bekommen... 2x 4-stufiger Zähler, hab nich nicht geschaut, ob binär oder dezimal. Alter und Herkunft/Verwendung nicht bekannt. :-) Gruß aus Berlin Michael
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diskret1.jpg
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Hallo, und weil es so schön ist: 4-stufiger Zähler mit 14-Segment-Decoder und Treberstufen, keine Ahnung, wie die Anzaige dazu aussah... Alter und Herkunft/Verwendung nicht bekannt. :-) Gruß aus Berlin Michael
Dein And Gatter ist falsch!!! Das wird wohl nicht funktionieren, da der Strom bereits nach dem Durchfließen Eines Transistors seine Potenzialentergie verliert !!
Eine Frage was ist das für ein Software, mit dem ihr bearbeitet habt`?? Würde ich auch gerne haben!!
Jakob schrieb: > Dein And Gatter ist falsch!!! Nein, sie ist richtig. Überleg nochmal oder simuliere die Schaltung. Jakob schrieb: > Eine Frage was ist das für ein Software, mit dem ihr bearbeitet habt`?? Ich nehme an, du meinst das Schemaprogramm. Das ist Eagle.
Als ich gesagt habe, dass dein And Gatter falsch sei, bezog ich auf deinen ersten Beitrag aus 09.08.2009 18:05
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