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Digitaltechnik

Während sich bei herkömmlichen elektrischen oder elektronischen Schaltungen (Analogschaltungen) Strom und Spannung stetig verändern, arbeiten Digitalschaltungen nur mit den zwei Zuständen leitend und nichtleitend. Digitalschaltungen stellen die Grundlage aller modernen Kommunikations- und Informationssysteme dar.

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Bei herkömmlichen elektrischen oder elektronischen Schaltungen verändern sich Stromstärke und Spannung stetig. Man spricht von Analogschaltungen. Im Unterschied dazu arbeiten Digitalschaltungen nur mit den zwei Zuständen leitend und nichtleitend. Digitalschaltungen stellen die Grundlage aller modernen Kommunikations- und Informationssysteme dar. Statt von Digitalschaltungen spricht man auch von logischen Grundschaltungen, Grundschaltungen der Digitaltechnik oder Gattern.

Die zwei Zustände digitaler Bauteile oder Schaltungen bezeichnet man in Anlehnung an die englische Sprache mit H oder 1 für (High, Spannung liegt an) und L oder 0 (Low, Spannung ist sehr klein oder null). Die zulässigen Spannungswerte sind weitgehend genormt. Sie betragen:

  • für den Zustand L: 0 V bis 0,4 V,
  • für den Zustand H: 2,4 V bis 5 V.

Als Grundschaltungen der Digitaltechnik sind vor allem die logischen Schaltungen zur Informationsverarbeitung und so genannten Flip-Flop-Schaltungen in Speicherschaltkreisen von Bedeutung. Als wichtigstes Bauelement dieser meist in integrierter Form vorliegenden Schaltungen dienen Transistoren.

Die wichtigsten logischen Grundschaltungen sind die UND-Schaltung, die ODER-Schaltung, die NAND-Schaltung und die NOR-Schaltung. In Bild 1 sind diese und weitere Grundschaltungen in der Übersicht dargestellt. Diese Schaltungen schalten die eingezeichnete Glühlampe nur dann an oder aus, wenn die Schalterstellungen so gewählt wurden, dass sie bestimmten logischen Grundaussagen entsprechen.

Die UND-Schaltung entspricht folgendem Sachverhalt: Wenn von zwei Bedingungen beide Bedingungen (gleichzeitig) erfüllt sind, und nur dann, wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird eine Wirkung ausgelöst - im vorliegenden Beispiel das Anschalten der Lampe.

Die ODER-Schaltung löst aus, wenn lediglich eine der beiden Bedingungen erfüllt ist bzw. wenn beide erfüllt sind.

Die NAND-Schaltung könnte man umgangssprachlich als das Gegenteil der UND-Schaltung auffassen. Sie riegelt den Stromfluss nur dann ab, wenn beide Bedingungen erfüllt werden (beide Schalter betätigt werden).

Die NOR-Schaltung ist eine entgegengesetzt arbeitende ODER-Schaltung. Wenigstens ein betätigter Schalter unterbricht die Stromzufuhr zur Lampe.

In integrierten Schaltkreisen sind sehr viele derartiger Schaltungen hintereinander angeordnet, wodurch eine komplexe Verarbeitung von Eingangssignalen ermöglicht wird. Als Schalter werden dabei Transistoren genutzt.

  • Logische Grundschaltungen im Überblick
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Digitaltechnik." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/digitaltechnik (Abgerufen: 07. July 2025, 11:19 UTC)

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Halbleiterdioden

Halbleitende Werkstoffe wie Ge, Si, GaP (Galliumphosphid), InAs (Indiumarsenid) oder InSb (Indiumantimonid) besitzen eine stark temperaturabhängige Leitfähigkeit, die allerdings nur in sehr reinen großräumigen Kristallen (Einkristalle) von Bedeutung ist.
Diese Leitung wird als Eigenleitung (intrinsic conduction) bezeichnet. Die hierbei auftretende Leitfähigkeit bleibt i.d.R. einige Zehnerpotenzen unter der von Metallen. Der Stromfluss wird durch zwei Ladungsträgerarten, die Elektronen und die Defektelektronen realisiert.
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Eine Halbleiterdiode ist ein elektronisches Bauelement, das aus zwei unterschiedlich dotierten Schichten desselben Grundmaterials aufgebaut ist. Sie besteht aus einem n-Halbleiter und einem p-Halbleiter sowie dem Bereich zwischen beiden Schichten, dem pn-Übergang.
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Operationsverstärker

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Die Wirkungsweise von Transistoren ermöglicht es nicht nur, sich sprunghaft ändernde Eingangssignale zu verarbeiten und in sich stetig ändernde Ausgangssignale zu wandeln, einen Transistor also als elektronischen, kontaktlosen Schalter zu nutzen.
Er ist auch in der sich Lage, schwache und sich stetig ändernde Eingangssignale in (verstärkte) stetig veränderte Ausgangssignale zu wandeln. Der Transistor wirkt dann als Verstärker.
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Transfer Resistor (Übertragungswiderstand, übertragender Widerstand) war die Arbeitsbezeichnung für das in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts in Angriff genommene Projekt, ein Halbleiterbauelement auf Halbleiterbasis zu entwickeln, das die Funktion einer Verstärkerröhre realisieren kann. Aus dieser Bezeichnung wurde der Name des Bauelements – des Transistors – abgeleitet.
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