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8. Digitaltechnik mit Röhren

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Vakuumelektronik
This chapter is in the book Vakuumelektronik
8.Digitaltechnik mit RöhrenIn der modernen Halbleiterelektronik dominiert die Digitaltechnik, die mit zeit- und wertdis-kreten Signalen arbeitet. Üblicherweise wird die Binärelektronik genutzt, die nur zwei Signal-pegelbereiche, „Low“ und „High“, verwendet. Diese Signalpegel (Spannungswerte) werdenals logische Werte 0 und 1 interpretiert und mittels der Booleschen1Algebra verarbeitet. Dentheoretischen Weg dazu hat Shannon2wesentlich mit erschlossen.Schaltungen zur Verarbeitung von binären Signalen sind dadurch gekennzeichnet, dass logi-sche Grundfunktionen und Speicherelemente parallel und hintereinander angeordnet sind, umbinäre Operationen mit einer bestimmten Datenwortbreite realisieren zu können. Nach derSchaltalgebra benötigt man Lösungen für die logischen Grundoperationen• Negation (NOT, NICHT),• Konjunktion (AND, UND) sowie• Disjunktion (OR, ODER),um komplexe logische Funktionen aufzubauen. Ferner sind binäre Speicher notwendig.In früherer Zeit, als für logische Schaltungen Ralais, Gasentladungsröhren oder Elektronen-röhren zum Einsatz kamen, setzten der Energiebedarf, das Volumen, die Zuverlässigkeit, dieSchaltgeschwindigkeit u.a. dem Umfang der Schaltung und der Anzahl der aktiven Bauele-mente Grenzen. Die Anzahl von aktiven Bauelementestrukturen spielt in heutigen integriertenSchaltkreisen (IC) kaum noch eine Rolle und geht in die Millionen.0V0.4V0.8V2.2V2.6V5VUDDUGNDULoutULinUHinUHoutTTL 5V0V0.4V0.8V2.2V2.6V3.3VUDDUGNDULoutULinUHinUHoutTTL 3,3V0V0.5V1.5V3.5V4.44V5VUDDUGNDULoutULinUHinUHoutCMOS 5V0V0.45V0.7V1.17V1.2V1.8VUDDUGNDCMOS 1,8VAbb. 8.1.:Signalpegel und Toleranzwerte in der Digitaltechnik(Quelle: Texas Instruments, entnommen aus [RW13])Moderne Digitalschaltungen arbeiten oft mit nur einer Batteriezelle. Die Schaltung muss dannmit einer Betriebsspannung von nur1–3 Vauskommen. Entsprechend niedrig und eng toleriert1George Boole, englischer Mathematiker, 1815–18642Claude E. Shannon, US-amerikanischer Mathematiker und Elektrotechniker, 1916–2001https://doi.org/10.1515/9783110547979-119
© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Munich/Boston

8.Digitaltechnik mit RöhrenIn der modernen Halbleiterelektronik dominiert die Digitaltechnik, die mit zeit- und wertdis-kreten Signalen arbeitet. Üblicherweise wird die Binärelektronik genutzt, die nur zwei Signal-pegelbereiche, „Low“ und „High“, verwendet. Diese Signalpegel (Spannungswerte) werdenals logische Werte 0 und 1 interpretiert und mittels der Booleschen1Algebra verarbeitet. Dentheoretischen Weg dazu hat Shannon2wesentlich mit erschlossen.Schaltungen zur Verarbeitung von binären Signalen sind dadurch gekennzeichnet, dass logi-sche Grundfunktionen und Speicherelemente parallel und hintereinander angeordnet sind, umbinäre Operationen mit einer bestimmten Datenwortbreite realisieren zu können. Nach derSchaltalgebra benötigt man Lösungen für die logischen Grundoperationen• Negation (NOT, NICHT),• Konjunktion (AND, UND) sowie• Disjunktion (OR, ODER),um komplexe logische Funktionen aufzubauen. Ferner sind binäre Speicher notwendig.In früherer Zeit, als für logische Schaltungen Ralais, Gasentladungsröhren oder Elektronen-röhren zum Einsatz kamen, setzten der Energiebedarf, das Volumen, die Zuverlässigkeit, dieSchaltgeschwindigkeit u.a. dem Umfang der Schaltung und der Anzahl der aktiven Bauele-mente Grenzen. Die Anzahl von aktiven Bauelementestrukturen spielt in heutigen integriertenSchaltkreisen (IC) kaum noch eine Rolle und geht in die Millionen.0V0.4V0.8V2.2V2.6V5VUDDUGNDULoutULinUHinUHoutTTL 5V0V0.4V0.8V2.2V2.6V3.3VUDDUGNDULoutULinUHinUHoutTTL 3,3V0V0.5V1.5V3.5V4.44V5VUDDUGNDULoutULinUHinUHoutCMOS 5V0V0.45V0.7V1.17V1.2V1.8VUDDUGNDCMOS 1,8VAbb. 8.1.:Signalpegel und Toleranzwerte in der Digitaltechnik(Quelle: Texas Instruments, entnommen aus [RW13])Moderne Digitalschaltungen arbeiten oft mit nur einer Batteriezelle. Die Schaltung muss dannmit einer Betriebsspannung von nur1–3 Vauskommen. Entsprechend niedrig und eng toleriert1George Boole, englischer Mathematiker, 1815–18642Claude E. Shannon, US-amerikanischer Mathematiker und Elektrotechniker, 1916–2001https://doi.org/10.1515/9783110547979-119
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Chapters in this book

  1. Frontmatter I
  2. Vorwort V
  3. Inhaltsverzeichnis VII
  4. 1. Einleitung 1
  5. 2. Beginn des Elektronikzeitalters 3
  6. 3. Konzepte und Prinzipien in der Elektronik 13
  7. 4. Vakuumelektronik 25
  8. 5. Elektronenröhren 57
  9. 6. Gasgefüllte Röhren 85
  10. 7. Analoge Schaltungen mit Elektronenröhren 95
  11. 8. Digitaltechnik mit Röhren 107
  12. 9. Katodenstrahlröhren und Bildaufnahmeröhren 117
  13. 10. Digitale Anzeigeröhren und Displays 127
  14. 11. Anwendungsfelder von Röhren 137
  15. 12. Röhren als Messwertaufnehmer für nichtelektrische Größen 159
  16. 13. Röntgenröhren 175
  17. 14. Elektronenröhren vs. Halbleiter – eine Gegenüberstellung 193
  18. 15. Vakuum-Mikroelektronik 205
  19. 16. Vakuumelektronik in Technologie und Analytik 211
  20. 17. Sputterverfahren in Niederdruckplasmen 217
  21. 18. Technische Nutzung von Elektronenstrahlen 231
  22. 19. Ionenstrahlen und ihre technische Nutzung 247
  23. A. Anhang 259
  24. Literaturverzeichnis 265
  25. Stichwortverzeichnis 281
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  2. Vorwort V
  3. Inhaltsverzeichnis VII
  4. 1. Einleitung 1
  5. 2. Beginn des Elektronikzeitalters 3
  6. 3. Konzepte und Prinzipien in der Elektronik 13
  7. 4. Vakuumelektronik 25
  8. 5. Elektronenröhren 57
  9. 6. Gasgefüllte Röhren 85
  10. 7. Analoge Schaltungen mit Elektronenröhren 95
  11. 8. Digitaltechnik mit Röhren 107
  12. 9. Katodenstrahlröhren und Bildaufnahmeröhren 117
  13. 10. Digitale Anzeigeröhren und Displays 127
  14. 11. Anwendungsfelder von Röhren 137
  15. 12. Röhren als Messwertaufnehmer für nichtelektrische Größen 159
  16. 13. Röntgenröhren 175
  17. 14. Elektronenröhren vs. Halbleiter – eine Gegenüberstellung 193
  18. 15. Vakuum-Mikroelektronik 205
  19. 16. Vakuumelektronik in Technologie und Analytik 211
  20. 17. Sputterverfahren in Niederdruckplasmen 217
  21. 18. Technische Nutzung von Elektronenstrahlen 231
  22. 19. Ionenstrahlen und ihre technische Nutzung 247
  23. A. Anhang 259
  24. Literaturverzeichnis 265
  25. Stichwortverzeichnis 281
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