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2025-10-16T05:22:56Z

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{{Dieser Artikel|ist mehrdeutig. Für weitere Bedeutungen des Begriffs siehe [[Tri-state (Begriffsklärung)]].}}[[Datei:TriState.svg|80px|mini|Symbol nach IEC-Norm]]
Als '''Tri-State''' werden [[Digitaltechnik|digitale Schaltungselemente]] bezeichnet, deren Ausgänge nicht wie üblich nur zwei (0 und 1), sondern zusätzlich noch einen dritten Zustand annehmen können, der mit „Z“ oder auch mit „high impedance“ ([[hochohmig]]) bezeichnet wird.

Durch Tri‑States ist es möglich, die Ausgänge mehrerer [[Elektrisches Bauelement|Bauelemente]] zusammenzuschalten, ohne dass es zu [[Elektrischer Kurzschluss|Kurzschlüssen]], einer Überlagerung oder einer [[Wired-AND]]- oder [[Wired-OR]]‑Verknüpfung kommt, z. B. bei [[Bus (Datenverarbeitung)|Datenbussen]]. Verglichen mit den Wired‑And- und Wired‑Or‑Verknüpfungen ist die Tri‑State‑Technik deutlich schneller, da die Tri‑State‑Technik jeweils einen eigenen Schalt[[transistor]] zum Umschalten des Ausgangs auf den Low‑Pegel und auf den High‑Pegel besitzt.

[[Datei:Tristate buffer.svg|mini|Tri-State Buffer mit ''A'' Eingang, ''C'' Ausgang und ''B'' den Enable-Eingang. Rechts der dazu äquivalente Schalter]]

== Hochohmiger Zustand (Z) ==
Der hochohmige Zustand (Z) wird von einem Bauelement ausgegeben, wenn dieses keine aktive Eingabe hat. Bei digitalen Schaltungen bedeutet dies, dass das Ausgangssignal weder logisch 0 noch 1 ist, sondern hochohmig. Ein solches [[Signal]] sorgt dafür, dass sich das Bauelement verhält, als wäre sein Ausgang temporär von der Schaltung abgetrennt; es beeinflusst also nicht die Ausgaben anderer Bauelemente, die mit diesem parallel geschaltet sind. Es nimmt vielmehr dieselbe Ausgangsspannung wie die momentan aktiven Bauelemente an.

== Wahrheitstabelle ==
[[Datei:Tristate DIN.svg|mini|Unübliches Tri-State-Symbol gemäß DIN]]
Die nachfolgende Abbildung einer Tri‑State‑Struktur (Funktionsprinzip Tri‑State mit Öffner) stellt einen [[Schalter (Elektrotechnik)|Schalter]] in Form eines Öffners dar. Dies entspricht im unbetätigten Zustand (<code>c=0</code>) einem geschlossenen Schalter. Das am Eingang <code>a</code> anliegende Eingangssignal wird in diesem Fall direkt an den Ausgang <code>y</code> weitergeleitet. Wenn am Eingang <code>a</code> ein <code>0</code>‑Signal anliegt, liegt am Ausgang <code>y</code> ein <code>0</code>‑Signal an. Das Gleiche gilt jeweils für ein <code>1</code>‑Signal. Dieser Fall entspricht den beiden ersten Zeilen der Funktionstabelle.

Betrachten wir die zweite Schalterstellung des Schalters <code>c</code>. In diesem Fall liegt an Schalteingang <code>c</code> ein <code>1</code>‑Signal an. Diese Schalterstellung stellt einen Öffner in betätigter Form dar. Praktisch bedeutet das, dass der Schalter betätigt ist und zwischen dem Eingang <code>a</code> und dem Ausgang <code>y</code> keine elektrische Verbindung vorhanden ist (entspricht dem betätigten Zustand eines Öffners). Schaltungstechnisch entspricht das dem Tri‑State‑Zustand. Im hochohmigen Zustand hat der Ausgang keinen festgelegten Pegel (= hochohmiger Zustand, unbestimmt, abgekürzt Z). In der Funktionstabelle (siehe weiter unten) entspricht dieser Fall der dritten und der vierten Zeile. Unabhängig vom Eingangszustand <code>a</code> liegt am Ausgang der hochohmige <code>Z</code> an.

In der verkürzten Funktionstabelle kann das Tri‑State‑Verhalten auf zwei Zeilen verkürzt werden. Im ersten Fall (erste Zeile) liegt am Ausgang <code>y</code> jeweils der am Eingang <code>a</code> anliegende Logikzustand an. Im zweiten Fall, wenn sich das Gatter im Zustand „Tri‑State“ befindet, liegt am Ausgang <code>y</code> der hochohmige Zustand <code>Z</code> unabhängig vom Eingangszustand <code>a</code> an. Dieses Verhalten wird als Low‑aktive Ansteuerung der Tri‑State‑Schaltung bezeichnet.

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|+ Tabelle verkürzt
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| [[Datei:Tristate Funktion.svg|gerahmt|Funktionsprinzip Tri‑State mit Öffner]]
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== Technischer Einsatz der Tri-State-Technik ==
[[Datei:7400 Circuit tristated.svg|miniatur|TTL-Inverter mit Tri-State-Ausgang<ref>{{Webarchiv|url=http://dispert.international-university.eu/Digital_Design_Website_German/digital9/dig009_2.htm |wayback=20071011050442 |text=Praktische Realisierung logischer Schaltungen |archiv-bot=2019-05-19 08:09:13 InternetArchiveBot }}, Rechenzentrum Elektrotechnik der [[Fachhochschule Kiel]], 9. Oktober 2012</ref>]]
Die Anzahl der parallel geschalteten Tri‑State-Bauelemente ist begrenzt. Jeder Tri‑State‑Ausgang besitzt geringe [[Leckstrom|Leckströme]], die sich bei der [[Parallelschaltung]] der Tri‑State-Bauelemente addieren und somit die Signalpegel mit verzerren können.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die Ausgänge der Tri‑State-Bauelemente alle miteinander verbunden werden müssen. Diese [[Elektrische Leitung|Verbindungsleitungen]] besitzen parasitäre [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensatoren]], die bei jedem Schaltvorgang von High nach Low und von Low nach High jeweils umgeladen werden müssen. Weiterhin besitzen die Verbindungsleitungen einen ohmschen [[Widerstand (Elektrotechnik)|Widerstand]]. Je größer die Anzahl von parallel geschalteten Bauelementen ist, desto größer ist der Kapazitätswert. Dadurch steigt auch der Widerstandswert und folglich auch die Signalbeeinflussung. Beispielsweise nimmt dadurch die [[Flankensteilheit]] des Ausgangssignals bei den Schaltvorgängen ab. Als Folge nimmt die maximal erreichbare [[Taktsignal|Taktfrequenz]] mit der Anzahl der parallel geschalteten Bauelemente ab.

Da an Tri‑State‑Ausgängen meist auch Eingänge von Logikbausteinen angeschlossen sind, muss ein definierter Logikzustand anliegen. Das bedeutet, dass immer ein Bauteil ein aktives Low- oder High‑Signal senden muss – mindestens ein Ausgang darf sich nicht im Tri‑State‑Zustand befinden. Als Alternative kann ein [[Open circuit#Pull-up|Pull‑Up]]-Widerstand (zwischen Ausgang und der [[Versorgungsspannung]]) oder ein [[Open circuit#Pull-down|Pull‑Down]]‑Widerstand (zwischen Ausgang und Masse) verwendet werden. Dieser sorgt dann für einen definierten Signalpegel, wenn kein Tri‑State‑Treiber aktiv ist.

Bei [[Programmierbare logische Schaltung|programmierbaren logischen Schaltungen]] (PLD) oder [[Field Programmable Gate Array|FPGA]]-Bauelementen kann die Tri‑State‑Technik ebenfalls verwendet werden, hier jedoch ausschließlich an den Bauelementanschlüssen nach außen hin. Innerhalb der Bauelemente kommen zum Umschalten ausschließlich [[Multiplexer]] zum Einsatz. Das Gleiche gilt für [[Anwendungsspezifische integrierte Schaltung]]en (ASICs).

== Weblinks ==
* [http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/tristate.htm Was ist ein Tri-State Buffer?]
* [http://www.cs.umd.edu/class/spring2003/cmsc311/Notes/CompOrg/tristate.html Was ist ein Tri-State Buffer? (engl.)]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Digitaltechnik]]

Tri-State - Versionsgeschichte

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