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!
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...
>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.
@ 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.
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.
> 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?
"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.
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. :-)
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
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 !!
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.
Schaltplan.png
(40 KB)
