数字电路与逻辑设计(2.3)习题全解

2-1二极管门电路如题图2-1（a）所示。(a)题图2-1BCA(b)VCCR0ABCY1ABCR0Y2（1）分析输出信号Y1，Y2与输入信号A，B，C之间的逻辑关系；（2）根据题图2-1（b）给出的A，B，C波形，对应画出Y1，Y2的波形（输入信号频率较低，电压幅度满足逻辑要求）。解（1）：1YABC；2YABC解（2）：1Y，2Y的波形如题解图2-1所示。题解图2-1Y1Y2BCA2-2反相器电路如题图2-2所示。图中VCC为12V，VBB为12V，R1＝1.5kΩ，R2＝18kΩ，RC＝1.5kΩ，设VT管的VCES≈0.1V，VBE＝0.7V，12。试问：（1）当VI为何值时，VT管饱和，VCES≈0.1V？（2）若VI＝3.0V，VO端灌入电流为多大时，VT管脱离饱和？题图2-2题解图2-2解（1）：若VT管饱和，此时基极回路的等效电路如题解图2-2所示。由电路图可定量计算出基极电路bI，若bbsII，则电路处于饱和状态。IHBESBBBEScsCCCESb12bs12CVVVVIVVIIIIRRR其中，CCBB12VVV，BE0.7VV，11.5kR，218kR，C1.5kR，CES0.1VV，12。代入计算可得IH2.75VV综上，当输入I2.75VV时，VT管进入饱和状态。解（2）：参见教材图2-6，若满足CCbbsOLC1()VIIIR，则反相器仍处于饱和状态；但是随着负载电流OLI的进一步增大，反相器会逐渐退出饱和状态，输出低电平抬高。因此，对灌电流OLI的值必须加以限制，要求CCCCESOLcsRbCVVIIIIRIBESBBBESb1212VVVVIIIRR代入相应参数，计算可得OL2mAI综上，当OV端灌入电流到达2mA时，VT管脱离饱和状态。2-3根据题图2-3所示TTL门电路和给定输入信号波形，画出电路输出F的波形。若把G1门和G2门换成CMOS门时，再画出电路输出F’的波形。分析：读者应了解TTL门电路和CMOS门电路的输入结构以及它们的差异，方可作出正确的解答。TTL门电路采用三极管作为开关器件，所以存在输入电流，由此在输入端引入开门电平、开门电阻、关门电平和关门电阻等概念；而CMOS门电路采用绝缘栅场效应管作为开关器件，绝缘栅场效应管输入电流近似为零，可认为无输入电流，输入端接电阻R时，没有电流流过，同时，CMOS电路的输入端不允许悬空。解（1）：G1门和G2门均为TTL门时，对于G2门，其中一个输入接电阻ion20k3.2kR，接地负载上等效电平为逻辑高电平，与G1门的输出无关。因此，电路输出F的逻辑表达式为1FCC解（2）：G1门和G2门均为CMOS门时，对于G2门，其中一个输入接电阻，没有电流流过，因此，电路输出'F的逻辑表达式为'FABCABCF和'F的工作波形如图题解图2-3所示。题解图2-3BCAFABF’2-4TTL门电路如题图2-4所示，试确定电路输出F1～F7的状态。题图2-4解（1）：ion150k3.2k110RF解（2）：ion250k3.2k010RF解（3）：3100F解（4）：onion42.5V1.8V50k3.2k110VRF；解（5）：ioffion51000.91k50k3.2k10110RRF；解（6）：61高阻态ENF解（7）：71503.2110ENRFion；kk2-5CMOS门电路如题图2-4所示，试确定电路输出F1～F7的状态。分析：CMOS门电路输入端对地接电阻时，由于无输入电流流过，因此无论R阻值如何，此输入端等效为逻辑低电平。解（1）：1101F解（2）：2001F解（3）：3100F解（4）：4101F解（5）：电路结构错误，CMOS门电路输入端不允许悬空。解（6）：电路结构错误，CMOS门电路输入端不允许悬空。解（7）：7101F2-6TTL门电路如题图2-5所示。（1）写出电路输出Y1～Y3的逻辑表达式。（2）已知输入A，B的波形如题图2-5（d）所示，画出Y1～Y3的波形。解（1）：图（a）：ion110k3.2k10RYAB图（b）：ion210k3.2k1RYAA图（c）：ioff31000.91k00RYABAB解（2）：Y1～Y3的工作波形如题解图2-4所示。题解图2-4BY1AY2Y32-7CMOS门电路如题图2-5所示。（1）写出电路输出Y1～Y3的逻辑表达式。（2）已知输入A，B的波形如题图2-5（d）所示，画出Y1～Y3的波形。解（1）：图（a）：10YABABAB图（b）：2YAB图（c）：300YABAB解（2）：Y1～Y3的工作波形如题解图2-5所示。题解图2-5BY1AY2Y32-8指出在题图2-6所示电路中，能实现YABCD的电路。解：图（b）和图（d）均能实现YABCD的功能。图（a）：对于TTL集成门电路，两个门（或者多个门）输出直接线与，将会造成集成电路的损坏。图（b）：YABCDABCD。图（c）：OC门输出端是开路的，使用时必须外接一个适当阻值的负载电阻和电源才能正常工作，如题图2-6（b）。（d）：与或非门直接实现YABCD。2-9TTL三态门电路如题图2-7所示，在图示输入波形的情况下，画出其输出端的波形。分析：使用三态门可以构成传送数据总线。题图2-7中所示电路均为单向总线结构，即分时传送数据，每次只能传送其中一个信号。当n个三态门中的某一个片选信号EN为1时，其输入端的数据经与非逻辑后传送到总线上；反之，当所有EN均为0时，不传送信号，总线与各三态门呈断开状态（高阻态）。解：由电路图得1F和2F的逻辑表达式分别为1FCABCAB；2123FXABXBCXAC由表达式，画出1F和2F的工作波形分别如题解图2-6和题解图2-7所示。题解图2-6F1BCA题解图2-7F2X3X2X1CBA2-10CMOS门电路的最典型的特点是什么？解：CMOS反相器为互补式结构，采用两种不同沟道类型的MOS管构成。比如，若输入采用N沟道MOS管，则负载采用P沟道MOS管；反之，若输入采用P沟道MOS管，则负载采用N沟道MOS管。一般使用前者。2-11在题图2-8所示各电路中，要实现相应表达式规定的逻辑功能，电路连接上有什么错误？请改正之。（1）电路中所示均为TTL门电路；（2）电路中所示均为CMOS门电路。分析：判定电路能否正常工作，首先要判断电路结构是否可行，如需要再从负载能力上进一步考虑。解（1）：当电路中所示均为TTL门电路时：图（a）：可以正常工作。图（b）：不能正常工作。因为从电路结构上来看，多个TTL门输出端不能直接连接构成线与结构。若要实现2YAB，可改电路如题解图2-8（a）所示。图（c）：不能正常工作。因为与非门输入端悬空等效为接逻辑高电平，同时ion10k3.2kR，接地负载上等效电平为逻辑高电平，因此311110YAB若要实现3YAB，可改电路如题解图2-8（b）所示。图（d）：不能正常工作。因为ioff1000.91kR，接地负载上等效电平为逻辑低电平，因此4001YAB若要实现4YAB，可改电路如题解图2-8（c）所示。（c）题解图2-8BAY410kΩ&Y2（a）1A1B&Y3&≥1B100ΩAGND（b）解（2）：当电路中所示均为CMOS门电路时：图（a）：可以正常工作。图（b）：可以正常工作。图（c）：不能正常工作。因为CMOS门电路输入端不能处于悬空状态。若要实现3YAB，可改电路如题解图2-9（a）所示。图（d）：不能正常工作。因为CMOS门电路输入端对地接电阻时，由于无输入电流流过，此输入端等效为逻辑低电平，因此4001YAB若要实现4YAB，可改电路如题解图2-9（b）所示。题解图2-9（a）（b）Y3&≥1BAGNDBAY4&VCC2-12CMOS门电路如题图2-9（a）所示。（1）写出电路输出Y1～Y5的逻辑表达式。（2）已知输入A，B，C的波形如题图2-9（b）所示，画出Y1，Y3～Y5的波形。解（1）：由电路图，可得Y1～Y5的逻辑表达式分别为1YAB2YABABA3()()()()YCABCABCABCABACBC4YABC5YACB解（2）：由表达式，可得Y1～Y5的工作波形如题解图2-10所示。Y5B⊙CA⊕CY4Y3Y1Y2BCA题解图2-10