Einfache Speicherschaltung

[paradoxx777]

Hallo,

ich bin neu hier im Forum und beschäftige mich seit Kurzem mit elektronischen Schaltungen.
Als Informatiker reizt mich die Möglichkeit, die bekannten Logik- Gatter (AND OR,..) nur mit Hilfe von Bipolar- Transistoren umzusetzen.

Mein Verständnis kommt bisher allerdings bei der "Rückführung" des Signals an seine Grenzen:
Ziel ist eine einfache Speicherschaltung mit einem OR- Gatter, dessen Ausgang den Transistor eines anderen Schaltkreises öffnet (und dort zum Beispiel eine LED zum Leuchten bringt) und gleichzeitig wieder zu einem Eingang des OR- Gatters führt. (Das Bild im Anhang macht mein Vorhaben verständlicher)

Nach meinem Verständnis kann der Zustand "1" damit gehalten werden.

Wie setze ich das aber in einer echten Schaltung um? Die Spannung fiel bei meinen Versuchen am Ausgang stets komplett in den zweiten Schaltkreis ab (den mit der LED). Wie führe ich also einen Teil der Spannung zu einem Transistor des OR-Gatters zurück?

Mit freundlichen Grüßen
Sascha

[anders]

Als Informatiker reizt mich die Möglichkeit, die bekannten Logik- Gatter (AND OR,..) nur mit Hilfe von Bipolar- Transistoren umzusetzen.

Dann schau dir mal die Innenschaltungen der ICs der DTL-Serie an.
Iirc war das bei RCA und Raytheon die Serie 930. Die wurden so bis Mitte der 1960er noch in Mainframes eingesetzt. RCA stieg gegen Ende der 1960er aus dem Computergeschäft aus, und eine Zeitlang verkaufte Siemens deren Maschinen noch als 4004 unter eigenem Namen. Innendrin waren noch die originalen Aufkleber von RCA.
Ich denke, daß ich irgendwo noch Kurzdaten mit den Innenschaltbildern dieser ICs habe.
Es war damals üblich die detaillierten Schaltbilder anzugeben, wohl um die potenziellen Käufer zu beeindrucken. Sicherlich wirst du diese Datenblätter auch irgendwo im Internet finden.
Ich habe aber erhebliche Zweifel, ob du mit einem Nachbau dieser ICs aus diskreten Transistoren eine Taktfrequenz von 100kHz erreichen kannst.
Den tatsächlichen Aufbau einer größeren Schaltung mit diskreten Bauteilen sehe ich deshalb als reine Lötübung an. Wenn es denn sein muss, kann man solche Schaltungen heute auch im Simulator zusammenklicken, und die Beherrschung eines solchen Werkzeugs halte ich für sinnvoller als das Anlegen eines Transistorfriedhofs.
Vorab kannst du ja mal hier schauen und den weiterführende Links folgen: https://en.wikipedia.org/wiki/Diode%E2% ... stor_logic

Ziel ist eine einfache Speicherschaltung mit einem OR- Gatter,

Ein einziges OR ist ein bischen wenig. Die Speicherzelle muß ja nicht nur gesetzt, sondern auch gelöscht werden können. Dafür brauchst du schon zwei Eingänge. Deshalb sind die Schaltungen von Speicherzellen meist symmetrisch. Außerdem fehlt dir beim OR ein Inverter.
Als Informatiker wirst du ja wissen, dass man beliebige Logikschaltungen nur mit NAND oder nur mit NOR aufbauen kann. Versuchs mal damit!

[BernhardS]

Klar kann man Logikschaltungen mit diskreten Bauteilen nachbauen. Das ist sogar recht einfach. Ein OR, das sind nur zwei Transistoren und ein paar Widerstände. Ich hab sogar schon mal ein EXOR gebastelt, weil ein richtiges gerade nicht zur Hand war.
Es wird Deiner Arbeitsweise als Informatiker vermutlich entgegenkommen einfach ein Simulations-Programm wie LT-Spice zu installieren und das erstmal durchzuspielen. Beispiele findet man mühelos im Netz.
Allerdings enthalten echte IC´s dann auch mal sowas wie Multi-Emitter Transistoren, die gibt es leider nicht als diskretes Bauteil zu kaufen.

[paradoxx777]

Danke für eure raschen Antworten.

Ich habe mich wohl etwas unklar ausgedrückt. Ich habe bereits einzelne Gatter als Schaltung umsetzen können. Und deren Werte hintereinander weiter zu verarbeiten ist auch kein Problem mehr. Ein Flip-Flop mit zwei LED ist mir beispielsweise schon gelungen.

Mir ist auch klar, dass mein Beispiel nicht praxisrelevant ist, da man es nicht zurücksetzen kann. Es ist auch nur ein kleiner Ausschnitt aus einer etwas komplexeren Logikkette, der mein Verständnis- Problem gut illustrieren sollte:
- Die Wiederverwendung der Ergebnis-Spannung im gleichen Gate.

Ich werde dem Tipp, mir den inneren Aufbau eines fertigen ICs anzuschauen, nachgehen.

Ich danke euch allen!

[anders]

Allerdings enthalten echte IC´s dann auch mal sowas wie Multi-Emitter Transistoren, die gibt es leider nicht als diskretes Bauteil zu kaufen.

Die kamen erst mit der TTL-Logik, und diese besiegelte das Ende der DTL-Schaltungen. Deshalb hatte ich sie absichtlich nicht erwähnt.

Tatsächlich konnte man aber auch die Eingangsstufe der TTL-Gates allein kaufen. Dieses IC hörte auf den Namen 7460 und bestand nur aus dem Multi-Emitter-Transistor und dem darauffolgenden npn-Transistor mit frei verfügbaren E und C Anschlüssen sowie dem 4k Pull-Up-Widerstand.
Offiziell wurde das als Input-Expander für die AOIs (7453 oder so) verkauft, aber man konnte damit auch schön die Eigenschaften der in den TTL-ICs enhaltenen Transistoren studieren.

[anders]

Mir ist auch klar, dass mein Beispiel nicht praxisrelevant ist, da man es nicht zurücksetzen kann. Es ist auch nur ein kleiner Ausschnitt aus einer etwas komplexeren Logikkette, der mein Verständnis- Problem gut illustrieren sollte:
- Die Wiederverwendung der Ergebnis-Spannung im gleichen Gate.

Kommt gleich!
Ich habe inzwischen mal ein bischen herumgesucht, und dabei gemerkt, dass ich mich hinsichtlich der Namen etwas geiirrt habe.
Die verbreitete 930-DTL-Serie hieß bei RCA CD2300 Serie (wie überhaupt analoge Schaltungen dort mit CA... anfingen und digitale mit CD..). Das hätte ich wissen müssen, aber es ist ja auch schon ein Weilchen her, dass ich mich mit solchen Schaltungen beschäftigt habe.
Auch die Multi-Emitter-Transistoren wurden damals schon verwendet, aber die kann man ohnehin leicht durch parallelschalten von gewöhnlichen npn-Transistoren nachahmen (alle B miteinander und alle C miteinander verbinden). Die so erreichten Daten sollten praktisch identisch mit denen eines "richtigen" Multi-Emitter-Transistors sein.


Hier https://archive.org/download/TNM_RCA_in ... 3_0177.pdf kannst du sehen, dass so ein Logik Gate wegen der von dir erwähnten Interface-Bedingungen doch ein bischen komplexer ist, als du es dir vielleicht vorstellst. Aber nachbauen könnte man das prinzipiell.
Jedenfalls sieht man dort und auch bei den Gates, wie die Anpassung der Eingangs- und Ausgangspegel funktioniert.
Rechts unten auf Seite 28 des Dokuments findest du z.B. das Innenleben des JK-Flipflops CD2203.

Für einen Nachbau würde ich aber SMD-Bauteile nehmen. Nicht nur, weil die kleiner und billiger sind als bedrahtete Transistoren, sondern vor allem, weil man dann nicht so viele Löcher in die Platine bohren muss.

Noch eines:
Nimm zum Ansteuern von LED usw. nicht einen aktiven Logikausgang, sondern eine Pufferstufe!
Wie du in dem erwähnten Schaltbild sehen kannst, steuert der Ausgang auch einen internen Eingang an, und wenn du an den Ausgang solche nicht-systemkonformen Lasten hängst, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es zu Funktionsstörungen durch schlechte Logikpegel, zu langsame Impulsflanken oder von aussen eingeschleppte Störimpulse kommt.
Um solche Rückwirkungen zu vermeiden schaltet man einen Inverter oder ein anderes unbenutztes Gate als Pufferstufe zwischen den anzuzeigenden Logikpegel und die LED..

[SAD]

Moin!
Ich würde hier mal schauen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Transisto ... stor-Logik

[paradoxx777]

Vielen Dank für eure Antworten. Durch Zufall bin ich neulich auf das Bauteil "Thyristor" gestoßen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Thyristor

Dieses Bauelement sollte nach meinem Verständnis genau das leisten, was ich benötige.
Bei Wikipedia gibt es noch ein Ersatzschaltbild, bestehend aus einem pnp- und einem npn- Transistor.
Auf meinem Breadboard hat das aber leider nicht funktioniert. Die LED am Ende der Schaltung hat einfach immer geleuchtet. Das Anlegen einer Spannung am Gate ließ die Diode nur ein wenig heller leuchten. Aber auch nur so lange, wie die Spannung anlag.

Lässt sich so ein Ersatzschaltbild überhaupt 1 zu 1 umsetzen? Oder ist das wie die Tatsache, dass man einen Transistor nicht mit 2 Dioden nachbauen kann?

Viele Grüße
Sascha

[BernhardS]

Gesetzt / eingeschaltet wird ein Thyristor durch einen Strom in den Gateanschluß. Danach bleibt er leitend unabhängig davon ob der Gateanschluß weiter Strom bekommt oder nicht.
Gelöscht wird er dadurch, daß der Stromfluß soweit abgesenkt wird, daß der angegebene Haltestrom unterschritten wird. Beim Wechselstrom kann man einfach drauf warten.
Die gebräuchliche methode bei Gleichstrom klingt etwas grob, funktioniert aber: Man schaltet einen zweiten Thyristor parallel und zündet diesen. Die Schaltung muss so bemessen sein, daß für den ersten Thyristor der haltestrom unterschritten wird. Aber der Zweite muss ja auch ausgehen. Der lädt einfach einen großen Kondensator auf. Wenn der voll ist, dann fließt da auch kein Strom mehr, der zweite Thyristor sperrt und man kann den Kondensator für den nächsten Vorgang wieder bereit machen, also entladen.
Ganz schöner Aufwand.

Man kann einen Thyristor auch dadurch sperren, daß man eine ordentliche Ladung entgegengesetzt gepolt in das Gate schickt. Das ist viel praktischer, das wurde weiterentwickelt zum Gate-turn-off-Thyristor.

Soviel aus den frühen Jahren dieses Bauteils. Als Speicher ist es etwas schwierig.

Zu Deiner Ersatzschaltung: Vermutlich hast Du zu "gute" Transistoren verwendet. Also eher Typ A als C verwenden. Und /oder mach den Widerstand von dem "Gate", also von der Basis des unteren Transistors nach Masse kleiner.

[paradoxx777]

Mit Widerständen habe ich bereits experimentiert. Es bleibt leider dabei (auch in der Simulation), dass die Schaltung von Anfang an durchlässig ist. Unabhängig vom Gate.

Ich habe mal ein Bild meiner aktuellen Schaltung angehängt.

[anders]

dass die Schaltung von Anfang an durchlässig ist. Unabhängig vom Gate.

Hast du Germaniumtransistoren verwendet?
Bei diesen ist der Collektor-Emitter-Reststrom so hoch, dass die Schaltung von selbst triggert.
Bei Siliziumtransistoren kann das bei hoher Temperatur auch passieren.
Prinzipiell ist diese Ersatzschaltung einer Thyristortetrode aka PUT aber überaus kitzlig.
Da reicht schon das Antippen mit einem Schraubendreher, u.U. auch der kapazitive Verschiebestrom beim Anlegen der Versorgungsspannung um den Thyristor zu zünden.
Abhilfe schafft es Transistoren mit nicht zu hoher Stromverstärkung zu verwenden, oder/und an mindestens einem der Transistoren die B-E-Strecke mit einem parallelgeschalteten Widerstand (10k) etwas zu belasten, damit ein gewisser Mindestrom benötigt wird, bevor die Schaltung in den leitenden Zustand kippt.

Eine persönliche Bitte:
Scheib an Spannungsquellen und Elkos möglichst + und - dran.
Ich hab da schon viel Mist und Verwirrung gesehen.


...ud für LED solltest du das zugeörige Diodensymbol (Pfeile zeigen nach aussen) verwenden, denn auch die kann man falsch anschliessen

[SAD]

@ paradoxx777
Moin!
Einen Sinn kann ich bei Deinen Experimenten nicht erkennen oder willst Du zurück zu den Anfängen?

Vor über 40 Jahren kamen die ersten Taschenrechner auf den Markt,
mit Hochzahlen und Winkelfunktionen usw., von Texas Instruments.
Stückpreis damals 898 DM, als Werksangehöriger kostete das Teil "nur" 698DM.
Das konnten sich bei uns nur 2 Auszubildende von 80 leisten, da sie von zu Hause gesponsort wurden.
Die Gesellenprüfungen fanden mit Rechenschieber statt, die zwei durften den Taschenrechner nicht benutzen.

Die Fa. Texas Instruments baute den Taschenrechner mit konventionellen Bauteilen nach und stellte sie
bei der Hannover Messe zur Schau, die Cebit gab es da noch nicht.
Der Taschenrechner benötigte 6 AA-Zellen und hatte rote Minitrons als Anzeige,
nach 6-8Std. Dauerbetrieb waren die Batterien leer.
Der konventionelle Aufbau mit Transistoren usw., als Anzeige kleine Lämpchen in 7-Segment-Form
und einen damaligen 380V Anschluß.

Der Taschenrechner funktionierte genau so wie das "kleinere Wunderwerk".
Das " Monster" war ca. 6m lang, 4m breit und 1m hoch. Dabei war das Netzteil extern,
es passte nicht in das Gehäuse. Die Tasten waren größer als eine Standartfliese von 15x15cm.
Die Anzeige war etwas schräg gestellt, wegen besserer Lesbarkeit.

Neben dem Monster und dem kleineren Bruder stand eine Plastikröhre mit ca. 20cm Durchmesser
und 1m Höhe. Sie war randvoll mit kleinen Plastik -Transistoren wie z.B. BC547.
Neben der Röhre lag unter Glas ein schwarzer Plastikchip mit vielen kleinen Beinchen.
Es sollte nur demonstrieren, wieviele Transistorfunktionen in dem kleinen Chip steckten.

Willst Du etwa dahin zurück?
Auch wenn die Bauteile erheblich günstiger geworden sind,
den Preis eines S-Klasse-Modell's, Marke mit Stern,
wirst Du da schon anlegen müssen, wenn Du sowas nachbauen willst.

[paradoxx777]

Hallo,

der Sinn der ganzen Sache ist, mich ein wenig in der Elektrotechnik zurechtzufinden. Mir schien es dabei zielführend, zunächst bei einfachen Bauteilen bleiben, bis ich deren Funktionsweise hinreichend durchdrungen habe.

Ich kann eure Verwirrung aber verstehen.
Mein ursprünglicher Plan war und ist es, eine Art "Buzzer" zu realisieren, wie man ihn aus einem Quiz kennt:

1. Ausgangszustand: Jeder sitzt vor einem Schalter. Jeder Person ist eine LED zugeordnet.
-> Keine LED leuchtet
2. Einer der "Buzzer" wird betätigt
-> Die jeweilige LED leuchtet
3. Der Buzzer wird wieder losgelassen
-> Die LED leuchtet immer noch. (Speicherschaltung)
4. Alle Schalter sind von da an deaktiviert.
5. Ein separater "Reset"- Schalter stellt alles wieder zurück.
-> Keine LED leuchtet.

Ich hatte vor einiger Zeit einen Schaltplan aus Logik- Gattern entworfen, der genau dies leisten konnte. Als ich dann davon hörte, dass sich jedes Gatter auch mit Transistoren realisieren lässt, war mein Feuer geweckt, da ich noch hunderte davon bei mir herumliegen habe.

Ich hoffe, ich konnte meine Motivation etwas beleuchten.
Aber ich merke auch langsam, dass das Projekt vermutlich zu groß ist um ohne ICs auszukommen.

Ich danke euch für eure Hilfe und Ideen!
Den Tipp von "anders" (parallel geschalteter Widerstand) werde ich noch ausprobieren.

Grüße
Sascha