Digitalelektronik - vom Transistor zum Taschenrechner

Gatter, FlipFlop, Schieberegister und Multiplexer – Begriffe, die für viele nach kleinen Ortschaften im Böhmischen klingen, standen im Mittelpunkt der diesjährigen Physik-AG. Im Rahmen der Begabtenförderung wurde eine Arbeitsgemeinschaft mit dem Thema Digitalelektronik angeboten, an der Schüler aus den Klassenstufen 9 bis zur Abiturklasse teilnahmen.

Digitalelektronik ist die Technik, die praktisch allen modernen Schaltungen zugrunde liegt. Dabei ist es egal, ob es sich um eine die Steuerung einer Waschmaschine, eine Alarmanlage oder ein modernes Smartphone handelt. Die teilnehmenden Schüler haben sich die Grundlagen dieser Technik erarbeitet und zahlreiche Schaltungen aufgebaut und ausprobiert. Die Aufgaben wurden zunehmend  komplexer. Während zuerst nur einfache Logikfunktionen (NOT, AND, OR) implementiert wurden, bestand das Abschlussprojekt aus 11 integrierten Schaltkreisen, etwa 100 weiteren Bauteilen und ca. 300 Verbindungen. Dabei handelt es sich um einen Taschenrechner, der Zahlen bis zur Gesamtsumme 99 addieren kann. Auch wenn dies auf den ersten Blick nicht sehr spektakulär klingt, ist eine Realisierung, bei der man nur Bausteine benutzt, deren Funktion man wirklich kennt, sehr aufwendig und erfordert eine Menge Know-How.

Inhaltlich wurden folgende Themen behandelt: Kirchhoff'sche Regeln, Spannungsteiler, MOSFETs, Logikgatter, Logikfunktionen, Bool'sche Algebra, universelle Funktionen NAND u. NOR, RS- und JK-FlipFlops. Frequenzteiler, Zähler, Oszillatoren, 7-Segmentanzeigen und -decoder, Multiplexer und Rechenwerke. Nach einer kurzen Theoriephase wurde in jeder Stunde auch selbst gebastelt und  ausprobiert. Jedem einzelnen Schüler standen dabei ein eigenes Steckbrett und alle Bauteile  zur Verfügung, mit denen er auch zuhause arbeiten konnte.

Im kommenden Schuljahr findet wieder eine Physik-AG statt. Sie wird das Thema Mikrocontroller behandeln. Die Kenntnisse aus der Digitalelektronik sind zwar hilfreich aber keinesfalls Voraussetzung. Wesentlich wichtiger sind Interesse und Spass am Tüfteln. Teilnehmen können Schüler ab (ca.) der Klasse 8.

Bei Interesse an weiteren Informationen zu den Physik-AGs: johannes.hess@daad-alumni.de