User manual

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1 Einführung
Digitale Elektronik ist die Grundlage moderner Computertechnik. »Digital« heißt,
dass es nur eindeutige An- oder Aus-Zustände in einer Schaltung gibt, nicht aber
Zwischenstufen wie halb an oder drei viertel an, wie man es in der analogen
Elektronik kennt. Auf den ersten Blick hat man also weniger Möglichkeiten.
Wenn man aber viele digitale Leitungen gleichzeitig verwendet, gibt es insgesamt
sehr viele unterschiedliche Zustände. Jeden einzelnen Zustand bezeichnet man
als ein Bit. Ein 8-Bit-System kann gleichzeitig 256 Zustände darstellen, ein 16-Bit-
System schon 65.636 (= 2 hoch 16) Zustände. Wenn dann noch alle Zustände
schnell wechseln, lassen sich riesige Datenmengen verarbeiten und komplexe
Systeme wie z. B. das Internet realisieren.
Die ersten Versuche zur digitalen Elektronik sollten mit möglichst einfachen Bau-
teilen durchgeführt werden. Ein typischer Grundbaustein ist ein sogenanntes
Gatter, also eine Schaltung mit Eingängen und einem Ausgang. Der Zustand an
den Eingängen bestimmt, was am Ausgang passiert. Ein typisches Beispiel ist das
NAND-Gatter. Das im Lernpaket verwendete vierfache NAND-Gatter 4011 erlaubt
bereits zahlreiche Schaltungsvarianten. Aus mehreren NAND-Gattern lassen sich
Schaltungen mit anderen Funktionen aufbauen. Sogar ein ganzer Computer ist
letztlich aus solchen Grundfunktionen aufgebaut.
Aus Gattern lassen sich z. B. Flipflops oder Speicherbausteine aufbauen, die den
zuletzt eingenommenen Zustand behalten. Ein komplexeres Flipflop ist das JK-
Flipflop, das intern ebenfalls aus Gatterfunktionen aufgebaut ist. Das Lernpaket
enthält ein doppeltes JK-Flipflop 4027. Die beiden ICs gehören zur CMOS-Familie
4000 und dürfen mit Betriebsspannungen zwischen 3 V und 15 V betrieben
werden. Damit eignen sie sich hervorragend für einfache Experimente und für
den Batteriebetrieb mit 9 V.
Hier werden zunächst die Bauteile vorgestellt. Die einzelnen Versuche werden
auf einer Steckplatine durchgeführt. Zu jedem Versuch gibt es ein Schaltbild und
ein Aufbaufoto. Das jeweilige Foto ist nur als Vorschlag zu verstehen; Sie können
die Bauteile auch anders anordnen. Die Anschlussdrähte der einzelnen Bauteile
wurden zugunsten besserer Übersicht für die Fotos teilweise gekürzt. Verwenden