Ersatzschaltungen - Wenn die Logik ausgeht

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 CMOS-IC 4001
1 CMOS-IC 4011
1 Widerstand 470 Ohm  
2 Widerstand 1,0 MOhm  
2 Mikrotaster
1 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm

 

 

Grundlagen

 

Man hat eine digitale Schaltung fertig entwickelt. Beim Testaufbau jedoch, muss man feststellen, dass man kein Oder-Gatter-Schaltkreis mehr hat. Nun gibt es min. 2 Möglichkeiten. Die Erstere wäre, das Projekt zur Seite legen bis man das entsprechende IC hat oder sich aus NAND oder NOR eine Oder-Funktion zu realisieren.

 

Das Schöne an NAND oder NOR-Gattern ist nämlich, dass man hiermit sämtliche andere Logikfunktion nachbilden kann. Somit wäre es sogar möglich nahezu alle möglichen digitalen Schaltungen nur mit NAND oder NOR-Bausteinen aufzubauen.

 

 

Ersatzschaltungen aus NAND-Gatter

 

 

Die erste Funktion aus NAND-Gattern wäre das NAND selbst. Hierzu muss man natürlich nicht mehrere Gatter verdrahten. Diese Schaltung sollte man aufbauen um sich die Funktion des NAND noch einmal deutlich zu machen.

Die Bedienung ist hier recht übersichtlich. Mit S1 und S2 werden entsprechende Logikpegel an das Gatter gelegt und D1 signalisiert das entsprechende Verknüpfungsergebnis.

Bei dieser reinen NAND-Funktion geht die LED D1 aus, wenn beide Taster betätigt werden, man also ein 1-Signal an beide Eingänge anlegt.

 

 

Schaltet man einem NAND-Gatter noch einen Inverter nach, so erhält man ein Und-Gatter. Den Inverter können wir sehr einfach aus einem NAND-Gatter bilden indem wir beide Eingänge kurzschließen. So verhält sich die NAND-Stufe wie ein Nicht-Gatter.

Beim Test ist leicht zu erkennen, dass die Leuchtdiode jetzt nur aufleuchtet wenn beide Taster gedrückt werden, was der Funktion einer Und-Stufe entspricht.

 

 

Will man aus dem NAND nun ein Oder-Gatter machen, muss man einfach die beiden Eingänge des NANDs mit Inverter versehen. Auch hier können wir zwei Gatter benutzen, dessen Eingänge wir verbinden.

Bei der Inbetriebnahme lässt sich gut die Wahrheitstabelle eines Oder-Gatters erkennen.

 

 

Um nun aus dem vorhandenen Oder-Gatter ein NOR-Gatter zu machen, ist es notwendig der Schaltung noch ein weiteres Nicht-Gatter nachzuschalten.

Hier ist es jetzt leicht testbar, dass wir nun die Funktion des NOR-Gatters nachgebildet haben.

 

 

Ein Exklusiv-Oder-Gatter aus NAND benötigt einen etwas komplexeren Aufbau. Aber der Plan bleibt noch recht übersichtlich.

Möchte man aus dem EXOR-Gatter ein EXNOR-Gatter machen, muss nur ein weiteres NAND-Gatter, geschaltet zu einem Inverter, angeschlossen werden.

 

 

Ersatzschaltungen aus NOR-Gatter

 

 

Wie bereits beim NAND-Gatter ist auch beim NOR die einfachste Logikfunktion die NOR-Funktion.

Auch hier benötigen wir nur 1 Gatter des ICs und können dann mit den beiden Tastern S1 und S2 dir NOR-Funktion austesten. D1 zeigt uns hier wieder das Verknüpfungsergebnis.

 

 

Verbindet man den Ausgang des NORs wieder mit einem Inverter entsteht ein Oder-Gatter, welches wir schnell mit den beiden Taster und der Leuchtdiode feststellen können.

 

 

Möchte man aus dem NOR-Gatter eine UND-Funktion bauen, müssen die beiden Eingänge invertiert werden.

Wer noch die Funktionstabelle im Gedächtnis hat, wird dies schnell anhand dieser Schaltung heraus finden.

 

 

Um nun aus dem UND-Gatter ein NAND zu bauen dürfte für den geübten Elektroniker kein Problem mehr sein. Es wird einfach nur noch einmal ein Inverter nachgeschaltet.

 

 

Verschaltet man NOR-Gatter wie in dieser Schaltung, entsteht ein EXNOR-Gatter. Im Gegensatz zur NAND-Ersatzschaltung muss hier noch Inverter hinzugefügt werden, wenn man ein Exklusiv-Oder-Gatter haben möchte.

Mit diesen Ersatzschaltungen lassen sich nun nahezu alle erdenklichen logischen Funktion nachbilden. Wer möchte, kann ja mal eine Zählerdekade mit Anzeigedekoder nur aus NAND oder NOR-Gatter bauen.

 

 

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