Digitalschaltungen

Die Boolesche Algebra kennt nur zwei Zustände, eine „1“ oder eine „0“. Eine Verwirklichung ihrer logischen Verknüpfungen ist möglich, wenn ausgeprägte Nichtlinearitäten zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen eines Verknüpfers oder Gatters bestehen.

Elektronische Schalter werden gebraucht, um logische Verknüpfungen auszuführen. Beispielsweise kann eine logische UND-Funktion mit Relais verwirklicht werden. In Bild 2.1 sind eine Spannungsquelle, ein Vorwiderstand, drei Schalter und eine Ausgangsleitung zu sehen. In der Ausgangsleitung fließt nur dann ein Strom, wenn sie nicht durch einen Schalter kurzgeschlossen worden ist, d.h. es fließt ein Strom in der Ausgangsleitung, wenn gleichzeitig Schalter 1 und Schalter 2 und Schalter 3 offen sind

Zur Darstellung logischer Funktionen digitaler Schaltungen werden vereinfachende Symbole benötigt, um komplexe Zusammenhänge durch graphische Schaltpläne darstellen zu können. Genormte Symbole sind notwendig, um einem großen Kreis von Fachleuten eine sichere und eindeutige Auslegung der Schaltpläne zu ermöglichen.

Logische Funktionen werden durch die Boolesche Algebra beschrieben. Eine bestimmte Kombination von binären Eingangssignalen soll ein Ausgangssignal ergeben, dessen Amplitude möglichst unabhängig von den Amplituden der Eingangssignale nur zwei definierte Werte annehmen soll. Es wird also eine ausgeprägte Nichtlinearität zwischen Ein- und Ausgangssignal gefordert. Nichtlineare Zusammenhänge zwischen Ein- und Ausgangsspannungen von Halbleiter-Inverterstufen, die im letzten Abschnitt ausführlich erörtert wurden, stehen zur Verfügung. Durch eine geeignete Kombination, bzw. durch eine Erweiterung der Inverterschaltungen lassen sich die wichtigsten Verknüpfungsschaltungen wie AND und OR leicht finden.

Leitungen im Telefon- und Energienetz, zwischen Computern, zwischen Teilen einer Datenverarbeitungsanlage bis hin zu den Verbindungsleitungen zwischen und in integrierten Schaltungen haben die elementar wichtige Funktion, Information und Energie zu übertragen. Leitungen sind Vierpole. Leitungen können nur in Sonderfällen durch ein Ersatzschaltbild mit konzentrierten Bauelementen dargestellt werden. Es gelten nicht mehr die Vereinfachungen des quasistationären Falls. Man spricht von einem Vierpol mit verteilten Parametern, um den Unterschied zu dem mit konzentrierten Bauelementen herauszustellen.

1-aus-n Dekoder sind Bausteine, die aus einer binären Eingangsinformation mit n Stellen eine Ausgangsinformation aus 2ⁿ möglichen Stellen auswählen. So wird bei einem 1-aus-4 Dekoder (Bild 6.1) jeweils nur ein Ausgang von vier möglichen aktiv, der dem binären Eingangscode entspricht.