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Feldeffekttransistoren
Zur Realisierung logischer Werte müssen technische Zustände logischen Zuständen zugeordnet werden. Bei der Realisierung mit FETs wird eine logische Null durch die Spannung 0V, eine logische 1 durch die Versorgungsspannung Vcc repräsentiert. Das bedeutet, dass ein Ausgang, der auf einer logischen Eins liegt, sich so verhält als wäre direkt mit Vcc verbunden. Entsprechend wirkt eine logische Null wie direkt mit Masse, GND, 0V verbunden.
Dieses wechselseitige Durchschalten nach Vcc bzw. GND kann mit FETs geschehen. Aus technischen Gründen kann ein p-channel-FET nur zum Schalten nach Vcc, ein n-channel-FET nur zum Schalten nach GND benutzt werden.
In obiger Schaltung sind gerade beide 'Schalter' gesperrt. Dh. der Ausgang ist weder mit Vcc noch mit GND verbunden, er ist völlig abgekoppelt. Man kann an diesen Ausgang eine Null oder eine Eins anlegen ohne einen Kurzschluss befürchten zu müssen. Durch eine entsprechende Beschaltung der Eingänge kann man den Ausgang auf Eins oder auf Null legen. Man kann aber auch beide Transistoren durchschalten, dann hat man eine direkte Verbindung zwischen Vcc und GND, einen Kurzschluss, fabriziert.
Inverter
Not AND - NAND
a b | c -----+--- 0 0 | 1 0 1 | 1 1 0 | 1 1 1 | 0
Zur Konstruktion eines NAND-Gatters aus FETs kann man sich zunächst um die Einsen kümmern. Die Wertetabelle zeigt, dass eine Null an einem Eingang allein bereits für eine Eins am Ausgang sorgt. Eine Durchschaltung nach 1/plus/Vcc soll erfolgen, wenn Eingang a ODER Eingang b auf einer logischen Null liegt. Das kann man durch eine Parallelschaltung der beiden Schalter erreichen.
Eine Durchschaltung nach 0/minus/GND darf nur erfolgen, wenn Eingang a UND Eingang b auf einer logischen Eins liegen. Das kann man durch eine Serienschaltung der beiden Schalter erreichen.
Eine Kombination der beiden Teilschaltungen führt zur endgültigen Lösung.
Not OR - NOR
a b | c -----+--- 0 0 | 1 0 1 | 0 1 0 | 0 1 1 | 0
Wie könnte man analog ein NOR konstruieren? Wieder ist es eine gute Taktik, sich das Durchschalten nach 1 und 0 getrennt zu überlegen. So fällt auf, dass eine 1 am Ausgang nur auftritt, wenn a UND b auf 0 sind.
Aufgaben
Mit Hilfe von Inverter, NAND und NOR sind AND und OR zu bauen.
Welche Gatter sind einfacher zu realisieren?
Tristate-Inverter
Links
- FET - Veranschaulichung
- Funktionsweise des MOS-Transistors - Tutorial von Kai Jansson
- Vergleich vom Wasserstromkreis in einer Heizung mit dem elektrischen Stromkreis
- Veranschaulichungen im Wasserstromkreis