CMOS-IC
[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

2. Grundverknüpfungen

Gatter NOT-Gatter AND-Gatter NAND-Gatter
OR-Gatter NOR-Gatter EXOR-Gatter EXNOR-Gatter

Gatter
Wie in Kap. 1 erwähnt bestehen (Logik-)ICs aus Gattern. Gatter kommt vom engl. Gate (= Gitter, Tor). Gatter sind die Grundbausteine der Digitaltechnik. Sie bestehen hauptsächlich aus Schaltungen mit Transistoren, Dioden und Widerständen (siehe Kap. 3). Sie verarbeiten die Signale (Nullen u. Einsen), die sie bekommen nach den Gesetzen der Logik (nach dem engl. Mathematiker Boole, der sich mit der mathematischen Logik beschäftigte; dort arbeitet man mit dem Wahrheitswert von Aussagen (eine Aussage kann nur wahr (1) oder falsch (0) sein)). Es gibt mehrere Gatter, die Grundverknüpfungen (grundlegenste logische Verknüpfungen) ausführen. Sie sind im Folgenden abgebildet.

Wie man sieht, werden die Eingänge von Gattern meist mit A bzw. B bezeichnet, die Ausgänge mit Q. Die Zeichen in der Mitte verdeutlichen die Operationen, die die Gatter ausführen.

NOT-Gatter
Das erste Gatter ist ein NOT-Gatter. Es hat die Funktion den Eingangspegel "umzudrehen": Wird an den Eingang A eine Spannung angelegt (also A auf "High"), liegt am Ausgang Q keine Spannung an (also Q auf "Low"). Wenn A auf "Low" gelegt wird, geht Q folglich auf "High". Wegen dieser Eigenschaft wird das NOT-Gatter auch häufig Inverter genannt.
Um die Funktionen der Gatter zu veranschaulichen, verwendet man in der Digitaltechnik Wahrheitstabellen. Die für das NOT-Gatter sieht so aus:

A Q
0 1
1 0

AND-Gatter
Das nächste Gatter ist ein AND-Gatter. Der Ausgang Q liegt nur dann auf "High" wenn A und B auf "High" liegen, in allen anderen Fällen liegt Q auf "Low". Die Wahrheitstabelle sieht also so aus:

A B Q
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

NAND-Gatter
Als nächstes sieht man ein NAND-Gatter. "NAND" steht für NOT-AND, also "Nicht-Und". Das NAND-Gatter nimmt immer den entgegengesetzten logischen Zustand des AND-Gatters an (bei gleichen Eingangspegeln). Der Kreis am Ausgang im Schaltzeichen symbolisiert dies. Die Wahrheitstabelle sieht so aus:

A B Q
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Das NAND-Gatter ist ein sehr wichtiger Baustein; mit ihm lassen sich (durch zusammenschalten mehrerer Gatter) alle Grundververknüpfungen realisieren.

OR-Gatter
Das nächste Element ist ein OR-Gatter. Der Ausgang Q liegt auf "High" wenn mindestens einer der Eingänge auf "High" liegt (hier also der eine oder der andere oder beide). Die Wahrheitstabelle sieht folglich so aus:

A B Q
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

NOR-Gatter
Die Funktion des NOR-Gatters ist nun denkbar: Der Ausgang nimmt den entgegengestzten Zustand von dem des OR-Gatters an. Wahrheitstabelle:

A B Q
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Ebenso wie mit NAND-Gattern kann man mit NOR-Gattern alle Grundverknüpfungen realisieren.

EXOR-Gatter
Das nächste Gatter ist das EXOR-Gatter. "EXOR" bedeutet "Exklusiv-Oder". Die Eingänge müssen hier unterschiedliche Pegel haben, damit Q auf "High" liegt. Die Wahrheitstabelle sieht also so aus:

A B Q
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

EXNOR-Gatter
Das letzte Gatter, das EXNOR-Gatter arbeitet (analog zu NOR und NAND) so, dass sein Ausgang den entgegengesetzten logischen Zustand des EXOR-Gatters annimmt. Q liegt also nur auf "High", wenn beide Eingänge entweder auf "High" oder auf "Low" liegen. Wahrheitstabelle:

A B Q
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1