Digitální technika

Když jsme se žáky třídy 14M SPŠST Panská probrali ve fyzice vedení elektrického proudu kovy, polovodiči (a kapalinami a plyny), věnovali jsme jednu hodinu hrátkám s praktickou realizací logických spojek. Z prvního ročníku z matematiky logické spojky a tabulky pravdivostních hodnot znali, ale já jsem chtěl, aby u těch základních (tj. AND a OR) dokázali vymyslet i jejich „elektrické zapojení“. Logické spojky měli realizovat tak, že spínače (resp. vypínače) představovaly vstupní proměnné, žárovka pak výstupní proměnnou. Praktická realizace těchto dvou spojek nedělala žákům velký problém.

Přistoupili jsme tedy ke spojkám, které v matematice neměli: chtěl jsem, aby podobným způsobem zkusili zrealizovat spojku NAND a hradlo INVERTOR. U posledního úkolu jsme se trošku zasekli, ale nakonec jsme zapojení vymysleli. Navíc jsme dospěli i k tomu, že do obvodu bychom měli zařadit určitou součástku navíc. Během chvíle žáci vymysleli, že tou součástkou má být ochranný rezistor chránící zdroj napětí před zkratem. Praktické zapojení ale nefungovalo! Proč? Během chvíle i tohle žáci vymysleli: nepracujeme s ideálními vodiči a kromě odporu žárovky a ochranného rezistoru je celkový odpor ovlivněn i odporem spojovacích vodičů.

Důvod, proč jsem chtěl, aby si žáci právě tyhle věci zkusili zapojit, jsem pak vysvětlil pomocí konkrétních příkladů z praxe a ukázky jednoho konkrétního obvodu, ve kterém byla hradla složená z výše vyzkoušených logických spojek sestavena fundovaným způsobem.

„Chtěl jsem, abyste si uvědomili, jak logické spojky realizovat v praxi pomocí elektrických obvodů. To, že v praxi jsou hradla realizována pomocí tranzistorů, je věc jiná. Ale chtěl jsem, abyste měli tušení, jak fungují automaty na kávu, které vám nevydají k polévce dvojitý cukr ani mléko, jak fungují iVěci, které mají dvě tlačítka a relativně malou obrazovku a přesto dokážete ovládat desítky různých aplikací, jak fungují regulátory teploty, které máte v bytě, a další podobné aplikace. Vaši spolužáci z oborů GST a KAM naší školy se učí tyhle věci navrhovat od základní logické úvahy, přes Karnaughovy mapy až k finálnímu sestavení příslušného obvodu,“ ukončil jsem část hodiny věnovanou základním principům digitální techniky.

Podle dotazů, které žáci kladli, a podle zaujetí, s jakým pracovali, se zdálo, že je tato problematika bavila a zajímala.

Sestavování elektrických obvodů žáky je zobrazeno na fotografiích.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 22. 11. 2015