第三章集成逻辑门电路例题补充

第2章逻辑门电路2.1解题指导【例2-1】试用74LS系列逻辑门，驱动一只VD=1.5V，ID=6mA的发光二极管。解：74LS系列与之对应的是T4000系列。与非门74LS00的IOL为4mA，不能驱动ID=6mA的发光二极管。集电极开路与非门74LS01的IOL为6mA，故可选用74LS01来驱动发光二极管，其电路如图所示。限流电阻R为kVVVROLDCC5.065.05.156【例2-2】试分析图2-2所示电路的逻辑功能。解：由模拟开关的功能知：当A=1时，开关接通。传输门导通时，其导通电阻小于1kΩ，1kΩ与200kΩ电阻分压，输出电平近似为0V。而A=0时，开关断开，呈高阻态。109Ω以上的电阻与200kΩ电阻分压，输出电平近似为VDD。故电路实现了非逻辑功能。【例2-3】试写出由TTL门构成的逻辑图如图2-3所示的输出F。&≥1F≥1AB图2-3例2-3门电路解：由TTL门输入端悬空逻辑上认为是1可写出【例2-4】试分别写出由TTL门和CMOS门构成的如图2-4所示逻辑图的表达式或逻辑值。&&ABF10kΩ图2-4例2-4门电路解：由TTL门组成上面逻辑门由于10kΩ大于开门电阻RON，所以，无论A、B为何值。由CMOS门组成上面逻辑门由于CMOS无开门电阻和关门电阻之说，所以，。2.2例题补充2-1一个电路如图2-5所示，其三极管为硅管，β=20，试求：ν1小于何值时，三极管T截止，ν1大于何值时，三极管T饱和。解：设vBE=0V时，三极管T截止。T截止时，IB=0。此时10)10(020IvvI=2VT临界饱和时，vCE=0.7V。此时VCCvIvORCR1R2Tβ=2010kΩ2kΩ10kΩ+10V-10V-VBB图2-5三极管电路R(5V)ABVCCF图2-1例2-1OC门驱动发光二极管&TGFA图2-2例2-2模拟开关200kΩVDD1VVV020011DDFDDDD44DD599F210101021010VVVVABAF110FABFmAI0465.010207.010BSmAvII0465.010)10(7.027.0IBSBvI=4.2V上述计算说明vI2V时，T截止；vI4.2V时，T饱和。2-2一个电路如图2-6所示。⒈已知VCC=6V，VCES=0.2V，ICS=10mA，求集电极电阻RC的值。⒉已知三极管的β=50、VBE=0.7V、输入高电平VIH=2V，当电路处于临界饱和时，Rb值应是多少？解：⒈kIVVR58.0102.06CSCESCCC⒉临界饱和时，IB=IBS。mAII2.05010CSBSkIVVR5.62.07.02BSBEIb2-3在图2-6所示电路中，当电路其他参数不变，仅Rb减小时，三极管的饱和程度是减轻还是加深？仅RC减小时，三极管的饱和程度是减轻还是加深？解：Rb减少时，IB增加，在IC不变的前提下，三极管的饱和程度加深了。RC减小时，ICS增加，在IB不变的前提下，三极管随着IC增加，饱和程度将减轻。2-4为什么说TTL与非门输入端在以下三种接法时，在逻辑上都属于输入为0？⒈输入端接地；⒉输入端接低于0.8V的电源；⒊输入端接同类与非门的输入低电平0.4V.解：因为四种系列的TTL与非门的VIL(max)都等于0.8V，所以小于、等于0.8V的输入在逻辑上都为0。2-5为什么说TTL与非门输入端在以下三种接法时，在逻辑上都属于输入为1？⒈输入端接同类与非门的输出高电平3.6V;⒉输入端接高于2V电源；⒊输入端悬空。解：四种系列的TTL与非门的VIH(min)=2V，当vI≥2V时，逻辑上为1。此时，发射极电流不会从发射极流出。当输入端悬空时，因没有发射极电流的通路，也不会有发射极电流从发射极流出，与输入端接高电平等效，故TTL门输入端悬空，逻辑上认为是1。2-6在挑选TTL门电路时，都希望选用输入低电平电流比较小的与非门，为什么？解：负载门的输入端电流小，驱动门的负载电流才小，才可能带更多的门。2-7在实际应用中，为避免外界干扰的影响，有时将与非门多余的输入端与输入信号输入端并联使用，这时对前级和与非门有无影响？解：有影响。将使前级拉电流负载随并联输入端数成正比例增加。2-8在用或非门时，对多余输入端的处理方法同与非门的处理方法有什么区别？解：对于或非门，其多余输入端必须接低电平，否则输出端将永远固定为低电平。而与非门的多余输入端必须接高电平。2-9异或门能作为非门使用吗？为什么？解：异或门可以作为非门使用。因为根据BABABAF，若使AF，必须一端接A，另一端接高电平。此时AAAF112-10根据图2-7(a)TTL与非门的电压传输特性、输入特性、输出特性和输入端负载特性，求图中(b)中的vo1~vo7的各个值。解：已知所求电路、电压传输特性、输入特性、输出特性和输入端负载特性如图2-7所示。由电压传输特性看出：VOH=3.6V，VOL=0.2V；阈值电压VT=1.4V。从输入特性看出：IILTRCRbVCCvIvO图2-6三极管电路vO(V)vO(V)0.8≈1.4mA。从输入负载特性看出：RI=1.4kΩ时，VI=1.4V。从输出特性看出vO=0.8V时，IL=20mA；vO=0.6V时，IL=15mA。据此，可写出：vO1=0.2V；vO2=3.6V；vO3=0.2V；vO4=3.6V；vO5=3.6V；vO6=0.2V；vO7=0.6V（10×1.4=14mA）。2-11已知两个相同的TTL非门连接如图2-8(a)所示，非门的传输特性曲线如图(b)所示，其输入电压波形如图(c)所示，试画出vo1和vo2的波形图，从画出的波形图你能得出什么结论？解：已知所求电路、电压传输特性、和输入电压波形如图2-8所示。非门的输出电压vO必须遵循电压传输特性随输入电压vI变化。vI＜1V时vO=3V，vI＞2V时vO=0.3V，1V＜vI＜2V期间vO随vI线性减少。据此，画出vI＜1V时vO=3V，vO1和vO2的波形如图2-9所示。vO(V)vI(V)2130vO1(V)213vO2vO1vI(a)电路vO(V)vI(V)12213(b)传输特性0vO(V)vI(V)213(c)输入电压波形0图2-8TTL与非门电路、传输特性和输入电压波形11图2-7TTL与非门的特性及门电路vO12V&vO4&vO53.6V300Ω&vO23V0.3V&vO3悬空&vO64V4.7kΩ&vO73.6VG1G2G10&111(b)TTL与非门的门电路2-12在图2-10电路中，G1、G2是两个集电极开路与非门，每个门在输出低电平时允许灌入的最大电流为IOLmax=16mA，输入高电平电流IOH250μA。G3~G6是四个TTL与非门，它们的输入低电平电流IIL=1.6mA，输入高电平电流IIH5μΑ，计算外接负载电阻为RL的取值范围，即RLmax和RLmin之值。解：7400系列与非门的IIL=1.6mA，IIH=40μA。两个OC门中只要有一个输出为低电平，线与的结果就为低电平。此时的低电平不得大于VIL(max)=0.8V。故kIIVVRILOLILCCL44.06.14168.054(max)(max)min两个OC门的输出全为1时，线与的结果才为1。输出高电平不得低于VIH(min)=2V。TTL与非门有一个输入端接高电平就有一个倒置三极管时的Ie电流，为此kIIVVRIHOHIHCCL55.404.0425.022542(max)max故RL应在0.44～4.55kΩ之间选取某一标称值。2-13图2-11中的(a)、(b)、(c)三个逻辑电路的功能是否一样，并分别写出F1、F2、F3的逻辑表达式。1&≥１F2CAB(b)1&&&1CF3AB(c)图2-11门电路逻辑图1&&ACRLVCCBF1(a)解：根据逻辑门的功能和OC门线与的特点，可以写出CAABCAABF1VCC（5V）G1G2G3G4G5G6图2-10集电极开路门电路RL1&&1&&CAABF2CAABCAABF3因为F1=F2=F3，说明三个电路的逻辑功能是一样的。2-14写出图2-12中的各逻辑电路的输出F1、F2的逻辑表达式。&&TTLABCDE(a)&TTLTTLF2ABC5kΩ(b)图2-12TTL门电路逻辑图1F1&解：E=0时，ABF1；E=1时，CDF1。将二者合并起来，可写成ECDEABF1因有5kΩ的存在，所以BCF2。2-15用CMOS实现逻辑表达式BAF，并画出电路图。解：ABBAF即为与非门，参见图2-13。2-16写出图2-14中的各个逻辑电路的输出F1、F2、F3的逻辑表达式或真值表。CF11A(a)VDDABTGF2(b)11TGF3=1A(c)图2-14MOS门电路逻辑图VDD解：图(a)的C=1时，最上面的PMOS管和最下面的NMOS管都导通,AF1。C=0时，最上面的PMOS管和最下面的NMOS管都不导通，输出F呈现高阻态。图(b)的A=1时，传输门导通，MOS管不导通，BF2。A=0时，传输门截止，MOSVDDT4(P)T2(N)FBA图2-13CMOS与非门T1(N)T3(P)管导通，构成CMOS非门，此时BF2。图(c)的传输门始终导通,AAF13。2-17已知几种门电路及其输入A、B的波形如图2-15(a)、(b)所示，试分别写出F1~F5的逻辑函数表达式，并画出它们的波形图。AB(b)图2-15门电路逻辑图及波形图≥1ABAB&AB=1ABF2F3F4F5≥1(a)F1AB解：⑴ABF1有0为1，全1为0⑵BAF2有1为0，全0为1⑶ABBAF3有0为0，全1为1⑷BABAF4有1为1，全0为0⑸BABABAF5相同为0，不同为12-18试说明能否将与非门、或非门、异或门当做反相器使用？如果可以，各输入端应如何连接？解：能。将与非门的输入端并接或将其中一端接高电平、或非门的输入端并接或将其中一端接低电平、异或门的其中一端接高电平，如图2-17所示。2-19试说明下列各种门电路中哪些可以将输出端并联使用（输入端的状态不一定相同）⑴具有推拉式输出级的TTL电路；⑵TTL电路的OC门；⑶TTL电路的三态输出门；⑷普通的CMOS门；⑸CMOS电路的三态输出门；解：⑴TTL与非门电路不允许将输出端直接连在一起，实现线与。因为这些具有推拉式输出级门电路，无论输出高电平，还是输出低电平，其输出电阻都很小。若把两个TTL与非门输出端直接并联，当一个门的输出为高电平，而另一个门的输出为低电平时，就会在电源和地之间形成一个低阻通路，如图2-18所示。在这个低阻通路中产生一个很大电流，这个电流会使导通门输出低电平抬高，造成并联输出既非0又非1，破坏了逻辑关系，更会因功耗过大损坏截止门中的导通管T4。ABF1F3F2F4F5图2-16题2-17波形图图2-17题2-18解图FA&FA&1≥1AF2≥1AF2=1A1F5⑵TTL电路的OC门；⑶TTL电路的三态输出门；⑸CMOS电路的三态输出门；都可以将输出端并联使用。⑷普通的CMOS门不可以将输出端并联使用。2-20指出图2-19中各门电路的输出是什么状态（高电平、低电平或高阻态）。已知这些门电路都是74系列TTL电路。&VCC悬空　Y1VIHY2Y3&VCC悬空　Y8VILVIH&51ΩVIL10kΩY4≥1VCC1Y5VILENVIH1Y6EN51kΩVIL≥1VIL=1VCCY75.1kΩ≥1图2-19门电路逻辑图10kΩ解：与非门的三个输入端接高电平，输出为Y1=0；或非门的输入分别为高、低电平，输出为Y2=0；与非门的输入端一接高电平，一接低电平，输出为Y3=1；或非门的输入一高一低，输出为Y4=0；三态门的使能端输入无效电平，输出Y5为高阻态；三态门的使