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Integrierte Schaltkreise (ICs) für Logikgatter
Alle Logikgatter (AND, OR, NOR, …) gibt es als integrierte Schaltkreise (engl. integrated circuit, kurz: IC). In diesem Kapitel lernen wir, wie man diese ICs in eigenen Schaltungen einsetzt.
TTL-Pegel
Die ICs, die wir verwenden, arbeiten alle mit CMOS 5 V TTL-Pegeln, d.h. die Werte wahr und falsch sind folgenden Spannungsbereichen zugeordnet:
| Wert | Spannungsbereich Eingang | Spannungsbereich Ausgang |
|---|---|---|
| falsch | $\le 1,5\,\mathrm{V}$ | $\le 0,5\,\mathrm{V}$ |
| wahr | $\ge 3,5\,\mathrm{V}$ | $\ge 4,44\,\mathrm{V}$ |
Die meisten der von uns verwendeten ICs gehören zur Familie 74HCT (“high speed CMOS technology with TTL-compatible inputs). Sie zeichnen sich durch schnelle Schaltvorgänge aus, haben aber einen recht engen zulässigen Bereich zur Spannungsversorgung (empfohlen werden 4,5 V - 5,5 V, zulässig sind max. 6 V).
Beispiel: einfache UND-Schaltung
Wir wollen folgende einfache UND-Schaltung bauen:
- Damit die Schaltpläne durch die vielen Verbindungen zu +5 V und Ground nicht zu verwirrend werden, zeichnet man für Verbindungen zu Ground oft nur ein Erdungssymbol (
), für Verbindungen zu 5 V einen Pfeil mit der Beschriftung ”+ 5 V“ (
). - Eingänge dürfen nie eine undefinierte Spannung tragen, daher sind sie in diesem Beispiel über einen Pulldown-Widerstand von $2\,\mathrm{k\Omega}$ mit Ground verbunden, so dass sie für den Fall, dass der Taster offen ist, auf 0 V liegen.
Pinbelegung (engl. Pinout)
Im obigen Schaltplan habe ich beim UND-Gatter die PIN-Belegung angegeben (Eingangspins 12 und 13, Ausgangspin 11). Da die ICs oft mehrere gleichartige Logikgatter enthalten, bleibt es Dir überlassen, welches Du nutzen möchtest. Die Pinbelegung der ICs kannst Du aus den Datenblättern ersehen. Dort findest Du beispielsweise für das IC 74HCT08 die rechtsstehende Belegung.
Versorgung mit Arbeitsspannung:
Alle ICS benötigen neben der Beschaltung der Ein- und Ausgänge zusätzlich noch die Versorgung mit + 5 V und Ground, meist an den Pins 14 (+ 5 V, beschriftet mit “VCC”, engl. “common collector voltage”) und 7 (Ground).
Aufbau auf dem Breadboard
Versuche, die Schaltung so auf dem Breadboard aufzubauen, dass
- sie möglichst den Aufbau des Schaltplans widerspiegelt und
- sich die Verbindungsleitungen möglichst wenig überkreuzen.
- Verwende die Kabelfarbe rot für Kabel, die direkt oder indirekt mit 5 V verbunden sind, blau oder schwarz für Kabel, die direkt oder indirekt mit Ground verbunden sind.
Beispielaufbau:
