Logische Null, Logische Eins?
Ich dachte immer, dass eine logische eins für einen Computer durch eine angelegte Spannung kenntlich gemacht wird. Und keine Spannung bedeutet dann halt dür den Computer eine null. Das dachte ich eigentlich, dann habe ich mir aber die Frage gestellt, wie es sein kann, dass man an eine NOR Schaltung an beiden Eingängen keinen Strom anlegt und dann aber eine 1 , also Strom ausgegeben wird. Das ist ja so eigentlich gar nicht möglich. Deswegen hab ich recherchiert und da habe ich etwas über negative Spannung gelesen. Jetzt frage ich mich was das ist. Spannung ist ja eigentlich ein Ladungsunterschied zwischen zwei Punkten. Und ein Ladungsunterschied kann ja eigentlich nur positiv sein. Ganz einfach ausgedrückt, der UNTERSCHIED zwischen 12 und 7 ist immer 5. Einmal rechnet man halt -5 und einmal +5 aber der Unterschied bleibt ja 5. Deswegen frag ich mich gerade was negative Spannung bedeutet und wie das sein kann, dass man bei einer NOR Schlatung Steom hinten rausbekommt, wenn man an den Eingängen zweimal keinen Strom anlegt. Das wäre ja eine unendliche Energiequelle. Weiß grad nicht mehr wie man das nennt xD. Ich glaub ich hab da nen gewaltigen Denkfehler und hoffe auf hilfreiche Antworten.
Danke und Gruß
5 Antworten
logisch und physikalische Zustände muss man strikt trenne, auch dann wenn oft die logische "1" einem physikalischen "Strom" oder "Spannung" und die logische "0" einem physikalischen "kein Strom" oder "keine Spannung" entspricht.
Man kann auch die logische "0" physikalisch als "Spannung-ein" definieren.
Logisch gibt es ohnehin (binär) nur die "1" (manchmal auch mit "L" gekennzeichnet ) und "0".
Physikalisch ist die Spannung Null ( 0,0000..) in elektronischen Schaltungen praktisch nicht erreichbar. Man legt also Bereiche fest und dimensioniert dann die Schaltungen so, dass keine undefinierten Zustände entstehen.
Die logische "0" könnte so einem Spannungswert von 0,0 bis 0,3 V zugeordnet werden. Für eine "1" könnten das dann 0,8 bis 5,0V sein. Wichtig ist dabei nur, dass nachfolgende Schaltungen das genau so "sehen" und eine Schaltung (Schaltkreis) dann nicht doch die 0,3V bereist als logische "1" bewertet.
An ein logisches NOR legt man (siehe oben "strikt trennen") keine physikalische Spannung an, dort "rechnet" man nur mit logischen Zuständen.
Ein physikalisches NOR kann nicht ohne zusätzliche Spannung ( Betriebsspannung) betrieben werden. Die logische "1" oder physikalisch eine Spannung am Ausgang entsteht also nur logisch durch die Eingangsspannungen nicht aber physikalisch. Am Ausgang wird die physikalische Spannung aus der Betriebsspannung gewonnen.
Keine Schaltung wird also zum "perpetuum mobile".
Ohne Betriebsspannung funktioniert eine solche Schaltung nicht. Schlimmer noch, u.U. kann eine Spannung (ohne Betriebsspannung) an den Eingängen zur Zerstörung der Schaltung führen.
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Da sollten wir hier auch so handhaben.
Du beziehst dich bestimmt auf das UND-Gatter, aufgebaut aus 2 Dioden und einem Widerstand.
Eine logische "0" an Eingang A bzw. B bedeutet, dass zwischen A (bzw. B) gegen Null oder hier mit - gekennzeichnet auch (so etwa ) 0 Volt anliegen. Das geht aber nur durch einen Draht.
In diesem Falle fließt ein Strom von + durch den Widerstand und die Diode gegen Null. Wenn der Widerstand groß genug ist, geht die + Spannung an Out auch auf fast Null. In Wirklichkeit aber nur auf ca. 0,7 V (wegen der Eigenart von Dioden) , die dann eine logische Null bedeute.
Ob nun an A oder B oder an beiden Eingängen eine 0 anliegt ist dabei gleichgültig.
Sobald von beiden Eingängen kein Strom gegen Null ließen kann liegt am Ausgang die volle + Spannung an.
Kein Strom fließt, wenn so ein Eingang offen ist ( hängt einfach in der Luft) oder wenn eine angelegte Spannung größer als die ca. +0,7V ist. Dass es mehr als 0,7 V sein müssen, liegt auch wieder an den Eigenschaften von normalen Silizium-Dioden.
Bei andere Dioden können auch andere sogenannte Durchlassspannungen vorhanden sein. So z.B. bei Germanium 0,3V , bei Leuchtdioden 1,4 bis 3,x V. Das musst du aber selbst mal ergründen.
Deine ersten Überlegungen und recherchen waren ja okay. Für den Rest fehlte dir einfach nur das Verständnis der Zusammenhänge ;-)
Anfänglich wurden solche Logikschaltungen mit Dioden und Widerständen gemacht. Dann kam die Revolution mit den Transistoren in den sogenannten IC. Darin konnten tausende auf kleinstem Raum untergebracht sein und ganz nach Bedarf.
Ein Transistor ist was ähnliches wie eine Diode. Lange Rede kurzer Sinn, ich zeige dir jetzt einen Link in dem du die wesentlichen Dinge der Gatterschaltungen erkennen kannst incl. Beschreibung ;-)
http://www.homofaciens.de/technics-base-circuits-logic-gates_ge.htm
Schau dir die Bilder mal genauer an und versuche zu verstehen wie sich das mit den 0 und 1 bzw Spannung und keine Spannung verhält.
Spätestens dann macht es Klick im Kopf und du verstehst.
Viel Spaß beim lernen ;-)
Danke erstmal für den Link! Ich habe aufjedenfall schonmal verstanden, dass die Signaleingänge nicht für die eigentliche Stromversorgung zuständig sind. Allerdings versteh ich schon die einfache UND-Schaltung nicht. Man nehme einen Draht und schließe an einem Ende den Pluspol einer Batterie an. Dann fungiert das andere Ende des Drahtes ja logischerweise auch als Pluspol. Wenn ich das richtig verstanden habe, dann hat man ja jetzt Potenzial da anliegen. Was ich jetzt nicht verstehe ist, wieso man das Potenzial am Ende des Drahtes wegnimmt, wenn man eine Masse mittig am Draht anbringt. Eine Masse kann ja letztendlich auch nur ein Draht sein, der ja nach dem anschließen dann auch potenzial hätte. Der Sinn wäre ja aber, dass man eine Masse in der Mitte des Drahtes anschließt und dann am Ende des Drahtes keine potenzial mehr anliegt. Hab ich da was ganz grundlegenes nicht verstanden? Eine ander Sache die ich mir noch vorgestellt habe ist, dass durch den Anschluss von Masse ,also Leitern mit Potenzial=0 im Vergleich zum Pluspol, das Potenzial am Ende des Drahtes verringert wird. Das würde ja aber heißen, dass man keine Low und keine High ,sondern ein undefiniertes Signal hat. Wär cool wenn du vllt noch einen Link schicken könntes ,bei dem einfach Grundlegende Sachen zu Potenzial, Spannung usw. erklärt werden :) Gruß
Allerdings versteh ich schon die einfache UND-Schaltung nicht.
logische Schaltungen und deren physikalische Umsetzung sollte man sich wie Schalter vorstellen.
Lege von deiner Batterie einen Draht zu einem Schalter, führe den Ausgang weiter zu zu einem 2. Schalter , von dort zu einer Lampe und dann zurück zur Batterie. Es sollte leicht zu erkennen sein, die Lampe leuchtet nur, wenn beide Schalter auf "Ein" geschaltet sind.
"Lampe leuchtet" wenn Schalter1="ein" UND Schalter2="ein"
Für ein ODER muss man nur die beiden Schalter parallel schalten.
Sobald ein Schalter "ein" ist, brennt die Lampe.
"Lampe leuchtet" wenn Schalter1="ein" ODER Schalter2="ein"
Für ein NOR = NICHT-ODER wird es etwas komplizierter, denn dann müsste man ein Element haben, dass aus "ein" "aus" macht.
Auch das geht, wenn man die Lampe durch ein Relais ersetzt und sie mit den Relais-Kontakten verbindet. Beachte aber, hier ist eine Betriebsspannung für die Lampe notwendig (siehe meine Antwort).
Es gibt viele Möglichkeiten, binäre Werte wie Null und Eins oder A und B oder Plus und Minus elektrisch darzustellen. Man kann dazu Ströme oder Spannungen unterscheidbarer Größen vereinbaren.
Du denkst viel zu kompliziert. Die Lösung ist ganz einfach: Ein NOR oder sonstiges logisches Gatter muss zum Funktionieren außer mit den beiden Signaleingängen natürlich auch mit der Spannungsversorgung und Masse verbunden sein. Man lässt diese beiden in logischen Schaltbildern nur meistens der Übersicht halber weg, weil das ja eh klar ist und nichts mit der jeweiligen Logik zu tun hat.
Zusätzlich zu den Erläuterungen über das NOR-Glied möchte ich noch auf einen grossen Denkfehler in der Frage hinweisen. Natürlich gibt es negative Spannungen. Unterschied +5 und --5 ist NICHT dasselbe. Beispiel Diode: Bei einer positiven Spannung leitet er; bei negative Spannung sperrt er den Strom:
Danke erstmal für den Text! Dass das Ausgangssignal nur logisch durch die Eingangsspannung entsteht habe ich jetzt verstanden. Und, dass das definiert wird, in welchem Spannungsbereich etwas als 0 oder 1 angesehen wird habe ich auch verstanden. Nur noch nicht ganz wie. In dem Link von ihrem Vorredner habe ich mir die erste Schaltung(UND- Schaltung) mal angeguckt und ich verstehe einfach nicht, wie das funktioniert. Wenn sie Zeit und Lust haben, können sie sich ja due erste Schaltung mal angucken und mir erklären. Wenn man da Potenzial anliegen hat und da hat man Masse, dann gleicht sich das doch einfach aus und mehr nicht oder seh ich das falsch? Naja vielleicht verstehen sie es ja. http://www.homofaciens.de/technics-base-circuits-logic-gates_ge.htmm