RS-Flip-Flop aus NICHT-UND (NAND) mit CD4093 bauen

Ein RS-Flip-Flop ist eine bistabile Kippstufe und der Grundbaustein für alle Flip-Flops in der Digitaltechnik. Ein RS-Flip-Flop kann man aus zwei NOR-Verknüpfungen oder zwei NAND-Verknüpfungen aufbauen. Hier bauen wir das RS-Flip-Flop aus zwei NAND-Verknüpfungen (NICHT-UND). Man spricht dann auch von einen NAND-Flip-Flop bzw. einem NAND-Latch.

Dazu verwenden wir das CMOS-IC CD4093. Es enthält vier NAND-Gatter mit je zwei Schmitt-Trigger-Eingängen.

Die Besonderheit beim NAND-Flip-Flop ist, dass die Eingänge mit einer logischen 0 bzw. LOW, also einem L-Pegel gesteuert werden. Der Normalzustand an einem Eingang ist logisch 1 bzw. HIGH. Im Grundzustand müssen die Schalter auf ON, also oben, stehen. Bei der Inbetriebnahme der Schaltung müssen die Schalter auf ON stehen.

Wenn man die Schaltung so in Betrieb nimmt, dann werden die Leuchtdioden D1, D2 (Eingang A), D3 (Eingang B) und D7 (Ausgang Q) leuchten. Schiebt man den Schalter an Eingang A nach unten (LOW), dann geht D2 aus und das Flip-Flop wird gesetzt. Das bedeutet, der Ausgang Q wechselt auf LOW und die Leuchtdiode D7 geht aus und D8 an. Stellt man den Schalter wieder auf ON, ändern sich die Zustände an den Ausgängen mit D7 und D8 nicht! Auch dann nicht, wenn man den Schalter an Eingang A mehrmals hoch und runter schiebt.

Genau das ist die Besonderheit dieser Schaltung. Eine Änderung am Eingang ändert nicht die Zustände an den Ausgängen. Sie bleiben erhalten.

Will man die Zustände an den Ausgängen ändern, muss das Flip-Flop zurückgesetzt werden. Dazu verwenden wir den Schalter an Eingang B. Schiebt man ihn nach unten (LOW), dann wird das Flip-Flop zurückgesetzt. Das bedeutet, der Ausgang Q wechselt auf HIGH, die Leuchtdiode D7 geht an und D8 aus. Stellt man den Schalter wieder auf ON, ändern sich die Zustände an den Ausgängen nicht!

Was passiert eigentlich, wenn beide Eingänge auf LOW gesetzt werden? Das ist ein verbotener Zustand, weil die beiden Ausgänge den selben Zustand annehmen können. Das darf nicht sein.

Liste

• IC1: CMOS-IC 4093 (z. B. CD4093)
• D1...8: LED-Leiste (oder LED mit Vorwiderstand)
• S1...4: DIP-Schalter
• R1: Widerstände, 10 kOhm (4 Ringe: Braun-Schwarz-Orange-Gold)
• R2: Widerstände, 10 kOhm (4 Ringe: Braun-Schwarz-Orange-Gold)

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• CD4093
• DIP-Schalter
• LED-Leiste
• Widerstand
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Ein RS-Flip-Flop wird häufig in Schaltkreisen zur Zustandssteuerung und Zustandshaltung eingesetzt. Es ermöglicht die Speicherung von binären Informationen und die Synchronisation von Signalen in digitalen Systemen.