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Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 1Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen derAusgewählte Grundlagen derElektrotechnikElektrotechnik
für nicht-elektrotechnische Fachrichtungen
Tatjana Lange
Fachbereich ElektrotechnikAutomatisierungstechnik
2001
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 2Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Inhalt:
1. Einführung (wichtige elektrische Größen, Klassifizierung von Signalen und Systemen)
2. Bauelemente der Elektronik
3. Digitale elektronische Schaltungen
Inhalt:
1. Einführung (wichtige elektrische Größen, Klassifizierung von Signalen und Systemen)
2. Bauelemente der Elektronik
3. Digitale elektronische Schaltungen
Some electric stuff for
non-electrical staff
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 3Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
1. Einführung1. Einführung
Inhalt:
• Kleiner geschichtlicher Rückblick
• Wichtige elektrische Größen
• Klassifikation Signale und Systeme
• Typische Anwendungsfälle elektronischerSchaltungen
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 4Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Kleiner geschichtlicher RückblickKleiner geschichtlicher Rückblick
Jahr Entdeckung / Entwicklung Entdecker Grundlage für
1600 Untersuchungen zu W. Gilbert „corpora electrica“
1600 Elektrisiermaschine v. Guericke
1783 Plattenkondensator A. Volta Energiespeicherung
1800 Volta-Element / Volta-Säule A. Volta Gleichspannung bis 100 V
1820 Elektromagnetismus H.C. Ørsteds Generatoren, Motoren, Nachrichtenübertragung
1825 Ohmsche Gesetz U=R· I G.S. Ohm Berechnung elektr. Schaltungen
1831 elektromagn. Induktion M. Faraday Dynamo, Generator
Die Anfänge der Anfänge und die ersten großen Entdeckungen
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 5Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
1831/34 Idee des elektr. Feldes M. Faraday Maxwell‘sche Theorie1847 brauchbarer Zeigertelegraph W. v. Siemens Durchbruch der Telegraphie1861/64 Postulat d. elektromagn. J.C. Maxwell Elektronik !!!
Schwingung bzw. Wellen1861 elektr. Übertr. von Tönen J.P. Reis Telephonie1876 Telephon Bell Beginn der Telephonie1883 Glühemission T.A. Edison Diode und Elektronenröhre1887/88 Nachweis Wellenausbreitung H. Hertz drahtlose Signalübertragung1895 Antenne A.S. Popow drahtlose Signalübertragung1896/97 drahtlose Signalübertragung Markoni/Popow Funk / Rundfunk / Fernsehen1900/04 Glühkathoden-Diode J.A. Fleming Modulation / Demodulation1906/07 Elektronenröhre v. Lieben Verstärkertechnik19913 Schwingungserzeugung A. Meissner Rundfunk, Fernsehen1919 Röhrenverstärker v. Mihály Informationsübertragung
Bahnbrechende Entdeckungen und Erfindungen
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 6Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
1920 Rundfunkum1920 Trägerfrequenztechnik in Fernsprechnetzen1930 elektronisches Fernsehen durch M.v.ArdenneEnde 30er Radar1947 ENIAC - röhrenbestückte Rechenmaschine1947/48 Erfindung des Transistors durch Bardeen, Brattain, Shockley1958 erster integrierter Schaltkreis von Jack S. Kilby1962 IBM 7070 - volltransistorierte elektronische Rechenmaschine1964 IBM 360 - elektronische Rechenmaschine auf Basis von
integrierten Schaltkreisen und Transistoren1965 erste digitale Übertragungssysteme (PCM)1971 INTEL 4004 - erster Mikroprozessor1971 Taschenrechner1991 erste brauchbare mobile Telefone
Die großen Erfindungen des 20. Jahrhunderts
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 7Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Wichtige elektrische GrößenWichtige elektrische Größenvgl. mit Wasserdruck
Spannung UMaßeinheit: V - Volt
1,5 V
vgl. mit Wasserdurchfluß
elektr. Leistung PMaßeinheit: W - Watt0,3 W
1,2 W
• Je größer die Spannung, um so größer die Leistung.• Je größer die Stromstärke, um so größer die Leistung.
P = U · I
Stromstärke IMaßeinheit: A - Ampère
0,2 A+
• Je größer die Spannung, um so größer die Stromstärke.I ~ U
3 V
0,4 A+
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 8Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Klassifikation Signale und SystemeKlassifikation Signale und Systeme
Signale: zeitliche Änderungen einer physikalischen Größe, z.B.Spannung, Lichtstärke, ...
determinierte
stochastische
analoge diskrete digitale
u(t)
t
u(t)
tu(t)
t
u(t)
t
1 2 1
1 2 1 0 1 2 1 0
u(t)
t
u(t)
t1 -1 0 2 3 ...
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 9Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Beispiele:
Wechselstrom
Sprachsignal
Daten
u(t))
t
0 1 0 0 0 1 1 0
Diese Signale sindTräger vonInformation !
Information = Abbau von Unsicherheit !
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 10Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Frequenzbegriff:
Zeit tAmplitude
[V] Zeit tAmplitude
[V]
+-1 sec 1 sec+
-+
2 Hz1 Hz
Zeit t
Amplitude[V]
Töne und Frequenzen:
Der zeitliche Verlauf eines reinen Tonesentspricht dem Verlauf einer SINUS-Kurve:
Je höher der Ton, um so hoher ist die Frequenzder SINUS-Schwingung:
Je lauter der Ton, um so größer ist dieAmplitude der SINUS-Schwingung:
Was ist Frequenz? Was ist 1 Hz (Hertz) ?
Frequenz = Anzahl der Polaritätswechsel proZeiteinheit:
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 11Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
System: griech. sýstema -> „aus mehreren Teilen zusammengesetztes,gegliedertes Ganzes“
Technische Systeme sindgekennzeichnet
• durch einen oder mehrereEingänge, an denen Einflußgrößen(Eingangssignale) wirken,
• und durch einen oder mehrereAusgänge, an denen diebeeinflußten Größen(Ausgangssignale) beobachtetbzw. gemessen werden können.
System1 Eingang 1 Ausgang
System
n Eingänge m Ausgänge
System
Auf (techn.) Systeme wirken immerStörungen, die jedoch unter bestimmtenBedingungen vernachlässigt werdenkönnen.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 12Prof. Dr. Tatjana Lange
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u1(t) u2(t)System
lineares System
nichtlinearesSystem
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 13Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
u1(t) u2(t)System
zeitinvariantesSystem
nichtzeitinvariantesSystem
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 14Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Elektronische Systeme
analoge diskrete / digitale
• zeitinvariante Systeme
• typisch: lineare Systeme(im normalen Arbeitsbereich)
Beispiel: Verstärker
• zeitinvariante Systeme
• lineare Systeme • nichtlin. Systeme
Beispiel:digitale Filter
Beispiel:logische Gatter
typische Einordnung
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 15Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Typische Anwendungsfälle elektronischer SchaltungenTypische Anwendungsfälle elektronischer Schaltungen
Elektronische Schaltungen
analoge digitale
binäre mehrwertigehybride
(ADU, DAU)
• Festverdrahtung vonBauelementen undGrundfunktionen
• Festverdrahtung der Bauelemente durchHersteller Integrierte Schaltkreise (IC)
• programmierbare Verdrahtung durch Anwender• Speicherprogrammierung durch Anwender
geringe Komplexität hohe Komplexität
Bipolartechnik (Transistoren, Dioden, R, C, (L))Unipolartechnik (Feldeffekttransitoren MOSFET)
Hybridtechnik (Transistoren, MOSFET)Ladungstransfertechnik (CCD, BBD)
Rea
lisie
rung
Sign
alar
tB
au-
elem
ente
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 16Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Informationsverarbeitung
analoge
digitale
analoge
digitale
digitale
• Industrie• Transport• Haushalt• Medizin
• Computer• Mainframes• Spezialrechner
Steuerung und Regelung
Informationsübertragung
• Radio , TV• Telefonie• Daten-
übertragung
• Industrie• Transport• Haushalt• Medizin
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 17Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Bauelemente der ElektronikBauelemente der Elektronik
Inhalt:
• Passive Bauelemente• Aktive Bauelemente
Halbleiterdiode Bipolartransistor Bipolartransistor als elektronischer Verstärker Feldeffekttransistor Feldeffektransistor als elektronischer Schalter
• Leiterplatten
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 18Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Leiter undWiderstände
Passive Bauelemente
Kondensatoren Spulen
RC L
[Ω][F] [H]
Ohm (nach Ohm) Farad (nach Faraday) Henry (nach Henry)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 19Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Stoffe reagieren unterschiedlich auf das Anlegen einer elektrischen Spannung:• Bei bestimmten Stoffen erfolgt ein nahezu „ungebremster“ Transport von
elektrischen Ladungsträgern (z.B. Elektronen), d.h. diese Stoffe haben einausgeprägtes Vermögen, unter Einfluß eines elektrischen Feldes einenelektrischen Strom zu führen. Sie besitzen eine sehr hohe elektrischeLeitfähigkeit.Diese Stoffe nennt man elektrische Leiter.
Beispiele: Metalle wie Silber, Kupfer, Gold, Aluminium.
• Stoffe mit äußerst geringer elektrischer Leitfähigkeit nennt manIsolatoren oder Dielektrika.
Beispiele: Keramik, Kunststoffe, Papier
• Stoffe mit einer mittleren Leitfähigkeit nennt man Halbleiter.Beispiele: Silicium, Germanium, unterschiedliche Legierungen
Elektrische Leiter und Widerstände:
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 20Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Jeder Stoff besitzt also eine spezifische elektrische Leitfähigkeit σσσσbzw. einen spezifischen elektrischen Widerstand ρρρρ, wobei
I
U
La
b
ρ=1/σSpannungsquelleDer Widerstand eines
leitfähigen Quaders mit derLänge L und einerSeitenfläche a·b ergibt sichzu
R=ρ·La·b Maßeinheit Ω (Ohm) Ohm‘sche Gesetz:
U=R · I
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 21Prof. Dr. Tatjana Lange
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Das Bauelement „Widerstand“ ....
besteht aus Material mit geringer Leitfähigkeit• gewickelter Widerstandsdraht auf nichtleitendem
Körperoder• dünne Metall-/Metalloxid-/Metallglasschichten auf
nichtleitender Trägermasse
Der Widerstand ist das meistverwendete Bauelement der Elektronik.
Hauptanwendungen:• Spannungsteiler• Referenzglieder• Ableichwiderstände
elektrisches Schaltsymbol:
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 22Prof. Dr. Tatjana Lange
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R1
R2u1(t) u2(t)
( ) ( )21
212 RR
Rtutu+
⋅=
( ) .01 constUtu == ( )21
202 RR
RUtu+
⋅=
( ) ( )tfUtu 001 2cos π=
( ) ( )21
2002 2cos
RRRtfUtu+
⋅π=
Das Verhalten der Schaltung ist frequenzunabhängig.
u1(t)
u2(t)
Oszillograph zur Darstellungder elektrischen Signale
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 23Prof. Dr. Tatjana Lange
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Spulen
KondensatorenEnergiespeicher
elektromagnetisches Feld
elektrostatisches Feld
Kondensatoren und Spulen - elektrische Energiespeicher
Hauptanwendungen:
Spulen:Elektromechanik
• Elektromagnet• Relais
Elektronik• Filter• Schwingkreise• HF-Drosseln
Kondensatoren:Elektronik
• Filter (z.B. Drehkondensator)• Schwingkreise• Speicher (z.B. im DRAM)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 24Prof. Dr. Tatjana Lange
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typischer Aufbau:
Spule / Induktivität:
gewickelterKupferdraht
Kern aus magnetischem Material(z.B. Ferritkern)
elektrisches Schaltsymbol:
oder
• Fließt durch eine Spule, so wird ein elektro-magnetisches Feld aufgebaut (Energiespeicher).
• Dieses elektromagnetische Feld kann sich nichtschlagartig ändern. Als Folge davon gilt:
• Der durch eine Spule fließende Strom kannsich nicht sprungartig ändern !!!
L Ru (t)
i(t)
t
t
u (t)
i(t)
L
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 25Prof. Dr. Tatjana Lange
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typischer Aufbau:
Kondensator
Metallplatte Dielektrikum (Papier,Keramik,...)
elektrisches Schaltsymbol:
• Wird eine Spannung an die Platten desKondensators angelegt, so wird ein elektro-statisches Feld aufgebaut (Energiespeicher).
• Dieses elektrostatische Feld kann sich nichtschlagartig ändern. Als Folge davon gilt:
• Die an einem Kondensator anliegende Spannungkann sich nicht sprungartig ändern !!!
C
Ru (t) uc(t)
t
t
u (t)
C
uc(t)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 26Prof. Dr. Tatjana Lange
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Passive elektronische Schaltungen (Beispiele für dasVerhalten einfacher passiver Netzwerke bzw. Filter)
Der Tiefpass (TP):Eigenschaften des idealen Tiefpass:• Sinusförmige Signale mit einer Frequenz kleiner einer bestimmten
Grenzfrequenz fg durchlaufen den Tiefpass (nahezu) ungedämpft.• Sinusförmige Signale mit einer Frequenz größer einer bestimmten
Grenzfrequenz fg werden vom Tiefpass unterdrückt.System-
beschreibung:
TP( ) )2sin(11 ftUtu π= ( ) )2sin(22 ftUtu π=
f<fg
f>fg f
1
2
UUG =
fg
Übertragungsfkt.
1
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 27Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
System-beschreibung:
TP( ) )2sin(11 ftUtu π= ( ) )2sin(22 ftUtu π=
f<fg
f>fg f
1
2
UUG =
fg
Verhalten eines realen Tiefpass:
Elementare reale Tiefpässe:
ZLRu1(t) u2(t)
LfLZL ⋅⋅π=⋅ω= 2
ZCRu1(t) u2(t)
CfCZC ⋅⋅π
=⋅ω
=2
11
oder
Je größer die Frequenz, um so größerder (Blind-) Widerstand der Spule.
Je größer die Frequenz, um so kleiner der(Blind-) Widerstand des Kondensators.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 28Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Experiment:Experiment:
u1(t)
t
u1(t)
t
u1(t)
t
Oszillograph - Meßgerät zurDarstellung des zeitlichenVerlaufs elektrischer Signale
Bildschirm desOszillographen zurDarstellung der Signaleam Eingang und amAusgang des Tiefpasses
ZCRu1(t) u2(t)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 29Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 30Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 31Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 32Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Der Hochpass (HP):
Eigenschaften des idealen Hochpaßpass:• Sinusförmige Signale mit einer Frequenz kleiner einer bestimmten
Grenzfrequenz fg werden vom Tiefpass unterdrückt.• Sinusförmige Signale mit einer Frequenz größer einer bestimmten
Grenzfrequenz fg durchlaufen den Tiefpass (nahezu) ungedämpft.System-
beschreibung:
HP( ) )2sin(11 ftUtu π= ( ) )2sin(22 ftUtu π=
f<fg
f>fg f
1
2
UUG =
fg
Übertragungsfkt.
1
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 33Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
HP( ) )2sin(11 ftUtu π= ( ) )2sin(22 ftUtu π=
f<fg
f>fg
Verhalten eines realen Hochpass:
Elementare reale Hochpässe:
ZLRu1(t) u2(t)
LfLZL ⋅⋅π=⋅ω= 2 CfCZC ⋅⋅π
=⋅ω
=2
11
oder
Je größer die Frequenz, um so größerder (Blind-) Widerstand der Spule.
Je größer die Frequenz, um so kleiner der(Blind-) Widerstand des Kondensators.
System-beschreibung:
f
1
2
UUG =
fg
ZC Ru1(t) u2(t)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 34Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Experiment:Experiment:
u1(t)
t
u1(t)
t
u1(t)
t
Oszillograph - Meßgerät zurDarstellung des zeitlichenVerlaufs elektrischer Signale
Bildschirm desOszillographen zurDarstellung der Signaleam Eingang und amAusgang des Tiefpasses
ZC Ru1(t) u2(t)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 35Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 36Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 37Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 38Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Der Bandpass (BP):Eigenschaften des idealen Bandpaßpass:• Sinusförmige Signale mit einer Frequenz kleiner einer bestimmten
Grenzfrequenz fg1 werden vom Bandpass unterdrückt.• Sinusförmige Signale mit einer Frequenz größer einer bestimmten
Grenzfrequenz fg2 werden vom Bandpass ebenfalls unterdrückt.• Sinusförmige Signale mit einer Frequenz größer fg1 und kleiner fg2
durchlaufen den Bandpass (nahezu) ungedämpft.
BP( ) )2sin(11 ftUtu π= ( ) )2sin(22 ftUtu π=
f<fg1
f>fg2
System-beschreibung:
f
1
2
UUG =
fg1
Übertragungsfkt.
1
fg1<f< fg2
fg2
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 39Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
BP( ) )2sin(11 ftUtu π= ( ) )2sin(22 ftUtu π=
Verhalten eines realen Bandpass:
Elementarer realer Bandpaß:
ZL
Ru1(t) u2(t)
LfLZL ⋅⋅π=⋅ω= 2
CfCZC ⋅⋅π
=⋅ω
=2
11
Je kleiner die Frequenz, um so kleinerder (Blind-) Widerstand der Spule.
Je größer die Frequenz, um so kleiner der(Blind-) Widerstand des Kondensators.
ZC
„Kurzschluss“ für hohe Frequenzen
„Kurzschluss“ fürtiefe Frequenzen
f<fg1
f>fg2
fg1<f< fg2
System-beschreibung:
f
1
2
UUG =
fg1
1
fg2
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 40Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 41Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 42Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 43Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Übertragungsfunktion
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 44Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Aktive Bauelemente
Die Diode / Halbleiterdiode (grundsätzliche Funktionsweise)
• Zweipol-Bauelement mit einer asymmetrischenStrom-Spannungskennlinie
U
I
Durchbruch-spannung
elektrisches Schaltsymbol:
_
+U
I
Sperr-richtung
+_ U
I
Durchlaß-richtung
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 45Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
n-Halbleiter: Halbleiter, in denen dieelektrischen Ladungen vorwiegend durchnegative Ladungsträger (Elektronen)transportiert werden.
• Die Halbleiterdiode nutzt den sog. Halbleitereffekt, der auf der Wechselwirkungder Ladungsträger in den Halbleitermaterialien beruht.
• Für die Diode ist insbesondere der Halbleitereffekt an den Grenzflächen zwischenden unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien wichtig pn-Übergang.
pn
p-Halbleiter: Halbleiter, in denen dieelektrischen Ladungen hauptsächlich durchpositive Ladungsträger (Löcher imKristallgitter) transportiert werden.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 46Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Der Transistor (grundsätzliche Funktionsweise)Der Transistor (grundsätzliche Funktionsweise)
Transistor = Transfer Resistor = Übertragungswiderstand
• steuerbares Halbleiterbauelement
Man unterscheidet Transistoren nach der Art des Stromtransports:• Bipolartransistoren• Unipolartransitoren (z.B. Feldeffekttransistoren)
steuerndeElektrode
gesteuerteElektroden
I1
I2
I3
• Die Ströme I2 und I3werden durch den StromI1 oder die Spannung U1gesteuert.
U1
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 47Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Bipolartransistor:Bipolartransistor:
pnp-Transistor npn-Transistor
B
C
E
Stromrichtung
Stromrichtung
B
C
E
Stromrichtung
Stromrichtung
EmitterKollektor
Basis
p n p
BC E
EmitterKollektor
Basis
n p n
BC E
+
-
-
+
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 48Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
BNC IBI ⋅≈
+ UIC
IB
( ) BNE IBI ⋅+≈ 1
+ U
IE
IB
( ) EN
NC I
BBI ⋅+
≈1
+ UIC
IE
Grundschaltungen:
Emitterschaltung
•hohe Spannungsverstärkung•hohe Stromverstärkung•mittlerer Eingangswiderstand•hoher Ausgangswiderstand
Basisschaltung
• hohe Spannungsverstärkung• Stromverstärkung ≈ 1• kleiner Eingangswiderstand• hoher Ausgangswiderstand
Kollektorschaltung(Emitterfolger)
• Spannungsverstärkung ≈ 1• hohe Stromverstärkung• großer Eingangswiderstand• sehr kleiner Ausg.-widerstand
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 49Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Bipolartransistor als elektronischer Verstärker
BNC IBI ⋅≈
+ UiC
iB
Einfache Verstärkerstufein Emitterschaltung
u1(t) u2(t)=U-RCiC(t)
• maximale Spannung am Eingang maximaler Basisstrommaximaler Kollektorstrommaximaler Spannungsabfall an RCminimale Ausgangssapnnung
RC
• minimale Spannung am Eingang minimaler Basisstromminimaler Kollektorstromminimaler Spannungsabfall an RCmaximale Ausgangssapnnung
IRU ⋅=
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 50Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Grundprinzip (hier n-Kanal FET):
- +
- +
DSG
n-Kanal: negativeLadungsträger (Elektronen)p-Kanal: positiveLadungsträger (Löcher imKristallgitter)
Steuerelektrode (Gate)Halbleiterkanal Kontakt
S = SourceD = DrainG = Gate
Funktionsprinzip:• Leitfähigkeit des Kanal hängt vom der Stärke des elektrischen Felds
bzw. der angelegten Spannung zwischen der Steuerelektrode (Gate)und dem Halbleiterkanal ab.
Stromrichtung(n-Kanal)
Feldeffekttransistor (FET)Feldeffekttransistor (FET)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 51Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Man unterscheidet FET nach•der Art des Kanal-Halbleiters
• n-Kanal-FET (bzw. n-leitend), p-Kanal-FET (bzw. p-leitend)•Steuerprinzip bzw. Art der Steuerung
• Sperrschicht-FET (Steuerung durch Änderung des Querschnitts bzw. Sperrungdes Halbleiterkanals)
• IGFET (FET mit isoliertem Gate - Steuerung durch Ladungsinfluenz, d.h.durch Änderung der Leitfähigkeit des Halbleiterkanals) -> MOSFET !!!Verarmungstyp oder selbstleitend -> Kanal ist bei einer Gatespannung = 0
bereits leitend. Durch Anlegen einer Gatespannung wird die Anzahl derLadungsträger kleiner ( „Verarmung“); die Leitfähigkeit sinkt. Beim n-Kanal-FETerfolgt die Verarmung bei Anlegen einer negativer Gatespannung ; beim p-Kanal-FET erfolgt die Verarmung durch Anlegen einer positiven Gatespannung.
Anreicherungstyp oder selbstsperrend-> Kanal ist bei einer Gatespannung = 0gesperrt. Durch Anlegen einer Gatespannung wird die Anzahl der Ladungsträgergrößer ( „Anreicherung“); die Leitfähigkeit steigt. Beim n-Kanal-FET erfolgt dieAnreicherung bei Anlegen einer positiven Gatespannung ; beim p-Kanal-FETerfolgt die Anreicherung durch Anlegen einer negativen Gatespannung.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 52Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Vorteile des Feldeffekttransistors:• sehr hoher Eingangswiderstand (1012 - 1016 Ω)
• leistungslose Steuerung (defacto kein Steuerstrom)
• Unipolarbauelement -> kein Mitwirken relativ langsamerMinoritätsladungsträger bei Umschaltvorgängen - hoheSchaltgeschwindigkeit
• Unempfindlichkeit gegen thermische Schwankungen ->höhere Stabilität (beim FET sinkt die Leitfähigkeit mitwachsender Temperatur, beim Bipolartransistor wächst dieLeitfähigkeit bei steigender Temperatur)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 53Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
SFET
n p
DSG S
DG
DSG S
DGS
DG G
D
S
UGS
ID
UGS
ID
-UP UP
n p n p
UGS
ID
-UPUGS
-ID
UPUGS
-ID
-UPUGS
-ID
UP
UP - SchwellspanungFür n-Kanal-FET gilt: FET leitend, wenn UGS> UP.Für p-Kanal-FET gilt: FET leitend, wenn UGS< UP.
MOSFET
selbstsperrendAnreicherungstyp
Enhancement Type
selbstleitendVerarmungstypDepletion Type
Schaltsymboleund KennlinienSchaltsymboleund Kennlinien
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 54Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
S
DG
UGS
ID
UP
nS
DG
+12 V
U1=10 V U2≈ 0 V
+12 VErsatzschaltbild
S
DG
+12 V
U1=0 V U2= 12 V
+12 V
n-Kanal-FETselbstsperrend
Feldeffekttransistor als elektronischer Schalter
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 55Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Schalttransistor - spezielle Transistoren mit guten Schalteigenschaften
In Verstärkerschaltungen kommt es insbesondere auf eine hoheLinearität der Ausgangskennlinie an, die das Verhältnis zwischenEingangssignal und Ausgangssignal beschreibt.
Bei elektronischen Schaltern kommt es insbesondere auf kleineSchaltzeiten und auf die Belastbarkeit des Ausgangs an.
Grundsätzlich können sowohl Bipolartransistoren als auch FET alsSchalttransistoren ausgelegt sein.
Besonders gut eignet sich jedoch der FET als Schalttransistor mitgrundsätzlich kleineren Schaltzeiten und höheren Belastbarkeitgegenüber dem Bipolartransistor.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 56Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Leiterplatten
• unterste Ebene bzw. Träger für elektronische Aufbauten
• besteht aus glasfaserverstärkten Polymeren (z.B. Epoxidharz)
• Verbindungen zwischen den Bauelementen sind durchLeiterbahnen realisiert, die per Kupferbeschichtung auf denpolymeren Träger aufgebracht werden
• unterschiedlichste Bauformen in Einlagen-/ Zweilagen undMehrlagenverdrahtung
• Strukturierung der Metallisierung auf der Leiterplatte erfolgt aufBasis des rechnergestützten Schaltungsentwurfs (CAD)
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 57Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
3. Digitale elektronische Schaltungen3. Digitale elektronische Schaltungen
Inhalt:
• Schaltalgebra
• Logische Gatter - die Grundelementedigitaler Schaltungen
• Kombinatorische logische Schaltungen
• Sequentielle logische Schaltungen
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 58Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Ein Schalter kennt nur 2 Zustände: EIN und AUSAlle Situationen müssen auf Kombinationen von Schaltern abgebildet werden.
Beispiel:Alarmanlage
Fenster
Tür
Alarm-glocke
Alarm-anlage Tür Fenster
AUS ZUZU AUSAUS AUFZU AUSAUS ZUAUF AUSAUS AUFAUF AUSEIN ZUZU AUSEIN AUFZU EINEIN ZUAUF EINEIN AUFAUF EIN
Schaltalgebra
x1 x3x2 y
x1x2x3
y
Wahrheitstabelle
x1 x3x2 y0 00 00 10 00 01 00 11 0
1 10 11 01 11 11 1
1 00 0
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 59Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Logische Verknüpfung:Logische Verknüpfung:
Alarmglocke EIN = Alarmanlage EIN UND•Tür ZU UND Fenster OFFENODER•Tür OFFEN UND Fenster ZUODER•Fenster OFFEN UND Tür OFFEN
2 logische Funktionen:2 logische Funktionen:
UND x1 x2
yx1 x2 y0 0 00 1 01 0 01 1 1
yxx =∧ 21
yxx =⋅ 21
bzw.
ODERx1x2
yx1 x2 y0 0 00 1 11 0 11 1 1
yxx =∨ 21
yxx =+ 21
bzw.&x1x2y
1x1x2y
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 60Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
( )3232321 xxxxxxxy ⋅+⋅+⋅⋅=
yAlarmglocke: Ein y =1 AUS y =0x1Alarmanlage: Ein x1 =1 AUSx2Tür: AUF x2 =1 ZUx3Fenster: AUF x3 =1 ZU
Vereinbarung:
Alarmglocke EIN = Alarmanlage EIN UND•Tür ZU UND Fenster OFFENODER•Tür OFFEN UND Fenster ZUODER•Fenster OFFEN UND Tür OFFEN
x1 =0 bzw. x1 =1
x2 =0 bzw. x2 =1 x3 =0 bzw. x3 =1
3. logische Funktion:NEGATION
x y0 11 0
xy =
Logische Verknüpfung in formalerSchreibweise:
x y
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 61Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
( )3232321 xxxxxxxy ⋅+⋅+⋅⋅=Logische SchaltungLogische Schaltung
1x3
&x1
x2
y
&
&
&
Frage:Muß es so aufwendig seinoder geht es auch einfacher ?
Schaltungsminimierung
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 62Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Rechenregeln der Schaltalgebra (Boole‘sche Algebra):Rechenregeln der Schaltalgebra (Boole‘sche Algebra):
xxx=⋅=⋅
100
0!!!
=⋅=⋅
xxxxx
110
=+=+
xxx
1!!!
=+=+
xxxxx
xx =
Theoreme:
1221
1221
xxxxxxxx+=+
⋅=⋅ ( ) ( )( ) ( ) 321321321
321321321
xxxxxxxxxxxxxxxxxx
++=++=++⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅
( )( ) ( ) ( )3121321
3121321
xxxxxxxxxxxxxx+⋅+=⋅+
⋅+⋅=+⋅( ) 1211
1211
xxxxxxxx=+⋅
=⋅+ ( )21211
21211
xxxxxxxxxx
+=⋅+=+⋅
Gesetze:
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 63Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
2121
2121
xxxx
xxxx
⋅=+
+=⋅Theorem von de Morgan
Vorrangregel, falls keineKlammern gesetzt sind:1. Negation2. Konjunktion (UND)3. Disjunktion (ODER)
Beliebige logische Zusammenhängekönnen mit
UND (AND) sowie NEGATIONoder
ODER (OR) sowie NEGATIONausgedrückt werden !!!
Beliebige logische Zusammenhängekönnen mit
UND (AND) sowie NEGATIONoder
ODER (OR) sowie NEGATIONausgedrückt werden !!!
NANDx1 x2 y0 0 10 1 11 0 11 1 0
yxx =⋅ 21
x1x2y&
NORx1 x2 y0 0 10 1 01 0 01 1 0
yxx =+ 21
x1x2y1
Weitere logische Funktionen
entwederoder
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 64Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
( )
( )
( ) ( )( )
( )231
3322231
323232321
3232321
xxx
xxxxxxx
xxxxxxxxx
xxxxxxxy
+⋅=
=+⋅++⋅⋅=
=⋅+⋅+⋅+⋅⋅=
=⋅+⋅+⋅⋅=
Minimierung unter Anwendung der RechenregelnMinimierung unter Anwendung der Rechenregeln
xxx =+
1=+ xx
( ) 3121321 xxxxxxx ⋅+⋅=+⋅
xx =⋅1und
Rechenregeln
Realisierung: & y
1x3
x1
x2
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 65Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Wahrheitstabelle
x1 x3x2 y0 00 00 10 00 01 00 11 0
1 10 11 01 11 11 1
1 00 0
( )321
3121
xxxxxxxy
+⋅==⋅+⋅=
Schritte 2:Kürzung durch paarweiseZusammenfassung benachbarterFelder mit logischer EINS. Dabeientfällt diejenige Variable, die inden benachbarten Feldern sowohldirekt als auch negiert auftaucht.
Minimierung unter Anwendung des Karnaugh-DiagrammsMinimierung unter Anwendung des Karnaugh-Diagramms
Schritt 1:Ausfüllen des Karnaugh-Diagramms auf Basis derWahrheitstabelle
1x1x
3x3x 3x 3x
1 1 1 00 0 0 0
2x 2x2x 2x
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 66Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Anwendung derMorgan‘schen Regel
Realisierung nur mit NAND:Realisierung nur mit NAND:
& y
x1
x2
&
&
3121
3121
xxxx
xxxxyy
⋅⋅⋅=
=⋅+⋅==
x3
2121
2121
xxxx
xxxx
⋅=+
+=⋅
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 67Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Logische Gatter - die Grundelemente digitaler Schaltungen
MOSFET-Realisierungen
NEGATION
x y0 11 0
xy = x yD
SG
S
D
G
+UCC
ux uy
0 - tiefes Potential - L1 - hohes Potential - H
T1
T2
ux uyT1 T2L leitend gesperrt HH gesperrt leitend L
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 68Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
S
DG S
DG
UGS
ID
UP
n p
UGS
-ID
-UP
Schaltungsanalyse:
D
SG
S
DGux=UG uy
T1 p-Kanal
T2 n-Kanal
Es gilt: UGS = UG - USFür den p-Kanal-FET (T1) in der Schaltung gilt: US=UCC=12V
Wenn UG = 0 V, dann UGS = -12V T1 leitend Wenn UG = 12 V, dann UGS = 0 V T1 gesperrt
Für den n-Kanal-FET (T2) in der Schaltung gilt: US=0 VWenn UG = 0 V, dann UGS = UG = 0 V T2 gesperrt Wenn UG = 12 V, dann UGS = UG = 12 V T2 leitend
+UCC
US (T1)
US (T2)
zur Erinnerung
ux uyT1 T2
L leitend gesperrt H
H gesperrt leitend L
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 69Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
D
S
S
D
+UCC
T12 T11
T21
T22
ux1
ux2
uy
NANDx1 x2 y0 0 10 1 11 0 11 1 0
yxx =⋅ 21
x1x2y&
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 70Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
D
S
S
D
+UCC
T12 T11
T21
T22
ux1
ux2
uy
Schaltungsanalyse:
ux1 ux2 T11 T12 T21 T22 uy
Bitte Tabelle ausfüllen !
?
S
DG S
DG
UGS
ID
UP
n p
UGS
-ID
-UP
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 71Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
NORx1 x2 y0 0 10 1 01 0 01 1 0
yxx =+ 21
x1x2y1
S
D
D
S
+UCC
T12
T11
T21 T22
ux1
ux2
uy
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 72Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Schaltungsanalyse:
ux1 ux2 T11 T12 T21 T12 uy
Bitte Tabelle ausfüllen !
?
S
D
D
S
+UCC
T12
T11
T21 T22
ux1
ux2
uy
S
DG S
DG
UGS
ID
UP
n p
UGS
-ID
-UP
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 73Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Logische Grundfunktionen (Gesamtübersicht für 2 Variable)Logische Grundfunktionen (Gesamtübersicht für 2 Variable)
x1x2
1 0 1 01 1 0 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1
y
16 mögliche Kombinationen zwischen Eingangswerten und Ausgangswerten
x1x2
1 0 1 01 1 0 01 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1
y
16 logische Funktionen
Nicht jede Funktion isttechnisch sinnvoll.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 74Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
x1x2
1 0 1 01 1 0 00 0 0 0
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 0
0 1 1 1
y
0≡y
21 xxy += NORx1x2
y1 7402 4
21 xxy ⋅= Inhibition
21 xxy ⋅= Inhibition1xy = Negation x1 y1 7404 6
2121 xxxxy ⋅+⋅= XOR x1x2y=1 7486 4
21 xxy ⋅= NANDx1x2
y& 7400 4
Nullfunktion
2xy = Negation
Schalt-zeichen
TTL-Reihe
Gatterpro
Chip
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 75Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
x1x2
1 0 1 01 1 0 01 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
y
1≡y
XNOR
1xy = Identität
2xy = Identität
21 xxy += OR x1x2y1 7486 4
Einsfunktion
21 xxy += Implikation
21 xxy ⋅= ANDx1x2
y& 7408 4
2121 xxxxy ⋅+⋅=
21 xxy += Implikation
Schalt-zeichen
TTL-Reihe
Gatterpro
Chip
Hinweis: Die IC sind auch mit 3, 4 und 8 Eingängen verfügbar.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 76Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Kombinatorische logische Schaltungen
Speicherfreie digitale Schaltungen, die auf der Basis der logischenGatter realisiert sind, bezeichnet man als kombinatorischeSchaltungen.
Beispiel: Multiplexer
D1D2D3
D4
y
D1 D2 D4D3 D1 D2 D4D3
y
t
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 77Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
D1 D2 D4D3 D1 D2 D4D3
t
y
214213212211 TTDTTDTTDTTDy +++=y
&
&
&
&
1
D1 D2 D3 D4
T11
T21
t
t
T1
T2
Datenleitungen
Steuerleitungen
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 78Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Beispiel: Demultiplexer
y
D1 D2 D4D3 D1 D2 D4D3
y
tD1D2D3
D4
D1 D1
t
D1
D2 D2
t
D2
D3 D3
t
D3
D4 D4
t
D4
t
t
T1
T2
System mit 1 Eingangund 4 Ausgängen
214
213
212
211
TTyDTyTDTTyD
TyTD
====
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 79Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Steuerleitungen
&
&
&
&
D1
D2
D3
D4
T11
T21
Datenleitungy
yD1D2D3
D4
Schaltungstechnische RealisierungSchaltungstechnische Realisierung
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 80Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Sequentielle logische Schaltungen (Flip-Flop, Zähler, Register)
Digitale Schaltungen, die neben logischen Gatter auch elementareSpeicherbausteine enthalten, bezeichnet man als sequentielleSchaltungen.
• Als elementarer Speicherbaustein wird vorwiegend das Flipflop(oder Trigger) eingesetzt.
• Sequentielle Schaltungen wie Teiler, Zähler und Register sindwichtige Grundbausteine der Rechentechnik.
Flipflop (FF):• speichert 1 Bit in Form von
2 Schaltzuständen (0 oder 1)
Die wichtigsten Flip-Flop sind:RS-FF Basis-FF, AutomatenbausteinJK-FF Grundbaustein für ZählerD-FF Grundbaustein für Register
bzw. schnelle Speicher
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 81Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
RS-FlipflopRS-Flipflop S - Set (Setzen)R - Reset (Zurücksetzen)
&
&
S
R
Q
Q
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
00
1
1
0
S
R
Q
Q
t
t
t
t
S R Q Q0 1 1 01 0 0 11 1 keine Änderung0 0 verbotene Eingangsbelegung
S
R
Q
Q
Schaltungssymbol
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 82Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
JK-FlipflopJK-Flipflop
JK-FF sind getaktete Flipflop. Sie besitzen neben den• Ausgängen Q und • einen Takteingang C (Clock)• zwei Informationseingänge J und K• zwei Stelleingänge Clear und Preset
QJ
K
Q
Q
Clear
Preset
C
J
K
t
t
t
t
C
Q
(1) J=K=1: FF arbeitet als Teiler(2) J=K=0: FF bleibt im alten Zustand,
d.h. Takt ist wirkungslos(3) J=0 und K=1: nächster Takt stellt
Q=0; danach ist Takt wirkungslos(4) J=1 und K=0: nächster stellt Q=1;
danach ist Takt wirkungslos
(1) (2) (3) (4)Clear = 0 setzt Q = 0Preset = 0 setzt Q = 1
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 83Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
D-FlipflopD-Flipflop
D-FF sind getaktete Flipflop. Sie besitzen neben den• Ausgängen Q und • einen Takteingang C (Clock)• einen Informationseingang D• zwei Stelleingänge Clear und Preset
QD Q
Q
Clear
Preset
C
Dt
t
t
C
Q
Clear = 0 setzt Q = 0Preset = 0 setzt Q = 1
Mit jeder positiven Taktflankeübernimmt Q die am D-Einganganliegende Information.
D-FF sind Bausteine von Registernbzw. schnellen Speichern.
Ausgewählte Grundlagen der Elektrotechnik 84Prof. Dr. Tatjana Lange
Fachhochschule Merseburg, FB Elektrotechnik
Na, Einstein
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