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Integrierte Schaltungen und Schaltalgebra

Bild DIL14

Seit der Erfindung des Transistors hat keine Entwicklung im Elektronik-Bereich die Welt so verändert wie die integrierten Schaltungen (integrated circuit – IC). Mit dieser Technologie, deren Möglichkeiten auch heute noch nicht ausgereizt sind, ist man in der Lage, komplexe Schaltungen mit -zig Transistoren auf einem winzigen Siliziumkristall unterzubringen.

Auf dieser Seite stelle ich Ihnen einige Grundlagen und Tipps zu diesen Bauteilen vor.

TTL, CMOS, Linear oder was sonst noch?

Veröffentlicht am 03.09.2014

Der erste Eindruck von den IC ist verwirrend ob deren Vielfalt. Da gibt es welche, die die Spannung regeln (siehe Abschnitt 5.2), andere wiederum spielen Geräusche oder Sprache oder Melodien über einen Lautsprecher ab, wieder andere ersetzen die Schaltungen aus den beiden vorigen Kapiteln mit interessanten zusätzlichen Features, und und und …

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Linear-IC

Veröffentlicht am 02.09.2014

Am größten ist die Vielfalt der Funktionen bei den Linear-IC. Eigentlich ist die Bezeichnung so zu deuten, dass auf einer Seite etwas hinein geschickt wird, dort „linear“ (was immer das auch bedeuten mag) bearbeitet wird und am anderen Ende in veränderter Form wieder heraus kommt. Diese Klassifizierung mag auch einmal zugetroffen haben, doch mittlerweile ist der Bereich „Linear-IC“ in den Katalogen ein Sammelbecken unterschiedlichster Schaltungen für viele verschiedene Zwecke. Die Palette reicht von Spannungsreglern über Präzisionstimer, Lampendimmer und Operationsverstärker bis hin zu kompletten Tonfrequenz-Verstärkermodulen und Vogelstimmen-Generatoren, und das ist nur eine ganz kleine, unrepräsentative Auswahl.

Im Modellbahnhobby kommen in erster Linie Spannungsregler und Timerschaltungen zum Einsatz.

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TTL-Chips

Veröffentlicht am 01.09.2014

Im Bereich der Logikschaltungen begegnet man zwei unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien: TTL und CMOS. TTL steht für Transistor-Transistor-Logik und stellt die Urform integrierter Logikschaltungen dar.

Speziell für TTL ist zu beachten, dass sie sehr wählerisch bei der Betriebsspannung sind. Sie hätten gern möglichst genau 5 V, eine Abweichung von ±10% wird gerade noch akzeptiert, alles was unter 4,5 V liegt, führt zu Fehlfunktionen, über 5,5 V zur Zerstörung des Innenlebens! Da wir Modellbahner ja hauptsächlich mit Betriebsspannungen von 9 V aufwärts zu tun haben, müssen bei der Verwendung von TTL-Schaltungen besondere Maßnahmen getroffen werden, um die Kommunikation zwischen den Komponenten mit unterschiedlicher Betriebsspannung herzustellen. Das erhöht den Schaltungsaufwand, weshalb die TTL-Familie nicht unbedingt die probate Lösung für uns ist und CMOS-Logikschalktungen empfehlenswerter sind.

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CMOS-Chips

Veröffentlicht am 31.08.2014

Eine für Modellbahner wesentlich besser angepasste IC-Familie sind die CMOS-IC (CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor = Komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter). Sie besitzen gegenüber den TTL-Typen einige erhebliche Vorteile. So zeichnen sie sich durch besonders niedrigen Stromverbrauch aus. Für uns Modellbahner besonders erfreulich ist ihre Versorgungsspannung, die zwischen 3 und 15 V liegen darf, womit sie also für unsere Standard-Versorgung von 12 bis 14 V ohne besondere Anpassungen hervorragend zu gebrauchen sind.

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Keine Angst vor Schaltalgebra!

Veröffentlicht am 30.08.2014

Häufig haben wir es mit Situationen zu tun, in denen zwei oder mehr unterschiedliche Bedingungen erfüllt sein müssen, um eine Schaltung auszulösen. Ein Beispiel: Die Abfahrtzeit eines Zuges im Bahnhof muss erreicht sein UND der vor dem Zug liegende Streckenblock muss frei sein. Nun geht es nur noch darum, zwei elektrische Mitteilungen so auszuwerten, dass der Zug wirklich nur abfährt, wenn beide Bedingungen erfüllt sind.

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Logik im Chip

Veröffentlicht am 29.08.2014

Mit „Logik-Gatter“ bezeichnen Elektroniker eine Schaltung, die nach den Logik-Gesetzen der Informatik funktioniert. Logik-Gatter werden in Schaltplänen als ein Bauteil betrachtet und mit dem Kennbuchstaben N bezeichnet. Zur Darstellung von Logikgattern in Schaltplänen kommen Blocksymbole zum Einsatz, mit denen sich das Zusammenwirken logischer Gatter einfacher und verständlicher darstellen lässt. Bei der Durchnummerierung geht man allerdings nicht wie bei diskreten Bauteilen von links oben nach rechts unten vor, sondern fasst in einem Gehäuse befindliche Gatter in einem Nummernkreis zusammen. N1 bis N4 sind dann zum Beispiel vier UND-Schaltungen im Gehäuse von IC1, N5 bis N8 vier NOR-Schaltungen in IC2 usw. 

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Wozu Schaltalgebra?

Veröffentlicht am 28.08.2014

Praktischer Nutzen der Schaltalgebra ist, dass Sie aus evtl. überzähligen Gattern eines Chips andere, nicht vorhandene Gatter emulieren oder eine Vielzahl von Chips durch einige wenige ablösen können. 

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Pin-Belegungen von Logik-IC

Veröffentlicht am 27.08.2014

Einige gebräuchliche Logikbausteine und ihre Anschlussbelegungen sind hier in TTL und CMOS gegenübergestellt:

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