数字电子电路与逻辑 刘可文主编 第四章 集成逻辑门电路 答案综述.docx

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数字电子电路与逻辑刘可文主编第四章集成逻辑门电路答案综述

习题4

4-1电路如图题4.1所示，写出输出L的表达式。

设电路中各元件参数满足使三极管处于饱和及截止的条件。

图题4.1

4-1解：

（a）此电路由两级逻辑门构成，第一级是与门，输出为AB；第二级是或门，输出为：

L1=AB+C

（b）此电路是只有一个输入端的逻辑电路。

当输入端A为低电平时，T1发射结导通，VB1<2.1V，D、T2截止，L2输出高电平；当输入端A为高电平时，T1发射结不通，+VCC足以使D、T2导通，L2输出低电平。

由以上分析可见：

（c）此电路有两个输入端，可以分几种情况讨论其工作过程：

当输入A、B均为低电平时，T1、T2都截止，L3以下部分的支路不通，输出高电平；当输入A、B一高一低时，T1、T2中有一个截止，L3以下部分的支路仍不通，输出高电平；当输入A、B均为高电平时，T1、T2都饱和导通，L3以下部分的支路导通，输出低电平。

根据以上分析可以列出真值表如表解2.1。

由真值表可得表达式：

（d）此电路有两个输入端，可以分几种情况讨论其工作过程：

当输入A、B均为低电平时，T1、T2都截止，L4以下部分的支路不通，输出高电平；当输入A、B一高一低时，T1、T2中有一个饱和导通，L4以下部分的支路导通，输出低电平；当输入A、B均为高电平时，T1、T2都饱和导通，L4以下部分的支路导通，输出低电平。

根据以上分析可以列出真值表如表解4.1。

由真值表可得表达式：

表解2.1

A

B

L3

L4

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

图题4.5

4-2为什么说TTL与非门的输入端在以下4种接法下都属于逻辑0：

（1）输入端接地；

（2）输入端接低于0.8V的电源；（3）输入端接同类与非门的输出低电压0.3V；（4）输入端通过200Ω的电阻接地。

4-2解：

TTL与非门的输入端接地、接低于0.8V的电源、接同类与非门的输出低电压0.3V时，输入电压均低于其关门电平VOFF（VOFF=1.3V），因此门的输出电压均高于其输出高电平的最小值VOH（min）（VOH（min）=2.4V）,都属于高电平，所以以上三种输入的接法都属于逻辑0。

当输入端通过200Ω的电阻接地时，见图解4.2。

由电路分析得：

可见，输入电压小于关门电平，所以此种输入的接法也属于逻辑0。

图解4.2图解4.9

4-3为什么说TTL与非门的输入端在以下4种接法下，都属于逻辑1：

（1）输入端悬空；

（2）输入端接高于2V的电源；（3）输入端接同类与非门的输出高电压3.6；（4）输入端接10kΩ的电阻到地。

4-3解TTL与非门的输入端悬空时，对应T1管的发射结不通，VCC使T2、、T3管饱和导通，输出低电平，所以此时相当于输入逻辑1。

TTL与非门的输入端接高于2V的电源、接同类与非门的输出高电压3.6V时，输入电压均高于其开门电平VON（VON略大于1.3V）,因此门的输出电压均低于其输出低电平的最大值VOL（max）（VOL（max）=0.4V）,都输出低电平，所以以上两种输入的接法都属于逻辑1。

当输入端接10kΩ的电阻到地时，见图解4.2。

可见，输入电压高于开门电平，所以此种输入的接法也属于逻辑1。

但要注意的是，在这种输入的作用下，会使T1的集电结正偏导通、T2、T3管饱和导通，VB1=2.1V。

而R的存在致使T1的发射结也是导通的，所以输入电压Vi最终被钳制在1.4V上。

4-4某TTL反相器的主要参数为IIH=20μA，IIL=1.4mA；IOH=400μA；IOL=14mA，求它能带多少个同样的门。

4-4输出低电平时的扇出系数：

NOL=10。

输出高电平时的扇出系数：

NOH=20。

取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用NO表示：

NO=10。

4-5电路如图题4.5所示，写出输出L的表达式。

4-5解

4-6在图题4.6所示的TTL门电路中，要求实现下列规定的逻辑功能时，其连接有无错误？

如有错误请改正。

（a）（b）（c）

图题2.6

图题4.6

4-6解：

（a）有错误。

普通门电路不允许输出端直接相连，应将图中的逻辑门改为OC门。

（b）正确。

图中第二个门是同或门，同或表达式：

。

当同或门一端接VCC时，相当于输入1，这时输出信号与另一输入信号是相等的。

由图题2.6（b）可见，它可以实现

。

（c）有错误。

正确的连接请见图解2.6。

图解4.6图解4.8

*讨论：

异或和同或是数字电路中常见的逻辑关系。

其逻辑表达式如下：

异或：

当C=0时，L=D。

当C=1时，

。

同或：

当C=0时，

。

当C=1时，L=D。

4-7在图题4.7中Gl为TTL三态与非门，G2为TTL普通与非门，电压表内阻为100kΩ．试求下列四种情况下的电压表读数和G2输出电压VO值：

（1）B=0.3V，开关K打开；

（2）B=0.3V，开关K闭合；

（3）B=3.6V，开关K打开；

（4）B=3.6V，开关K闭合；

图题4.7

4-7

（1）B=0.3V，三态与非门处于工作状态，电压表读数：

3.6V；开关K打开，G2门输入端悬空相当于输入高电平，输出电压：

VO＝0.3V。

（2）B=0.3V，三态与非门处于工作状态，电压表读数：

3.6V；开关K闭合，G2门输入高电平，输出电压：

VO＝0.3V。

（3）B=3.6V，三态与非门处于高阻态，又知开关K打开，可见电压表读数：

0V；G2门输入端悬空相当于输入高电平，输出电压：

VO＝0.3V。

（4）B=3.6V，三态与非门处于高阻态，又知开关K闭合，此时G2门输入端的情况

如图解4.2所示。

其输入电压：

显然G2门输入高电平，这使得输出电压：

VO＝0.3V；而G2门中T1的集电结和T2、T3的发射结这三个串联的PN结导通，VB1=2.1V，而电压表读数为：

VB1－0.7V=1.4V。

4-8在图题4.8中，所有的门电路都为TTL门，设输入A、B、C的波形如图4.8（d）所示，试定量画出各输出的波形图。

图题4.8

4-8解：

分析图题2.8中各电路的逻辑关系：

图（a）：

。

图（b）：

。

图（c）：

其中的第一个门是低电平有效的三态与非门。

当C=0时，三态门输出为

，

。

当C=1时，三态门处于高阻态，对于后一级与门来说相当于输入1，所以L3=A。

根据以上分析，可以画出各电路的输出波形，如图解4.8所示。

*讨论：

画组合逻辑电路的工作波形时要注意：

首先分析电路的逻辑关系，写出表达式，不必列真值表。

然后依据表达式体现的逻辑关系画出波形。

画波形时可以根据输入信号的变化分段处理，并要注意将输入与输出波形在时间坐标上对应起来。

4-9用OC门实现逻辑函数

，画出逻辑电路图。

4-9用OC门实现逻辑函数

的逻辑电路如图解4.9所示。

4-10电路如图题4.10所示，试用表格方式列出各门电路的名称，输出逻辑表达式以及当ABCD=1001时，各输出函数的值。

图题4.10

4-10解答见表解4.10。

表解4.10

门电路的名称

输出逻辑表达式

ABCD=1001时，各输出函数值

同或门

L1=0

与或非门

L2=0

OC门

L3=0

三态与非门

B=0时

B=1时

B=0L4=1

4-11写出图题4.11所示电路的逻辑表达式。

4-11解：

图题4.11所示为NMOS逻辑电路。

其表达式：

4-12写出图题4.12所示电路的逻辑表达式。

4-12解：

图题4.2所示为CMOS逻辑电路。

其表达式：

4-13列出图题4.13所示电路的真值表。

图题4.11

图题4.12

4-13图题4.13（a）电路的真值表如表解4.13（a）所示；图题4.13（b）电路的真值表如表解4.13（b）所示。

表解4.13（a）表解4.13（b）

C

A

B

L1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

×

高阻

B

A

L2

0

0

0

1

1

1

×

高

阻

4-14试设计一个NMOS异或门，画出逻辑电路图。

4-14解NMOS异或门电路的逻辑电路如图解4.14所示。

图解4.14图解4.15

4-15试设计一个CMOS门电路，实现逻辑关系L=AB+C，画出逻辑电路图。

4-15解实现逻辑关系L=AB+C的CMOS逻辑电路如图解4.15所示。

4-16试利用CMOS传输门设计一个CMOS三态输出的两输入端与非门，画出逻辑电路图并列出其真值表。

4-16解：

CMOS三态输出的两输入端与非门电路见图解4.16，真值表见表解4.16。

图中的与非门是典型的CMOS结构的电路，由CMOS传输门实现三态输出。

当控制端C为高电平时，传输门导通，电路实现与非功能；当控制端C为低电平时，传输门不通，输出呈现高阻。

表解4.16

C

A

B

L

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

×

高阻

图解4.16

4-17当TTL和CMOS两种门电路相互连接时，主要考虑哪几个电压和电流参数?

试列出这些参数，并对每一参数进行解释。

图题4.13

4-17解：

当TTL和CMOS两种门电路相互连接时，驱动门必须要为负载门提供符合要求的高低电平和足够的输入电流，即要满足下列条件：

驱动门的VOH（min）≥负载门的VIH（min）

驱动门的VOL（max）≤负载门的VIL（max）

驱动门的IOH（max）≥负载门的IIH（总）

驱动门的IOL（max）≥负载门的IIL（总）

其中，VOH（min）指输出高电平电压；VIH（min）指输入高电平电压；VOL（max）指输出低电平电压；VIL（max）指输入低电平电压；IOH（max）指输出高电平电流；IIH（总）指各负载门输入高电平电流IIH（max）的和；IOL（max）指输出低电平电流；IIL（总）指各负载门输入低电平电流IIL（max）的和。

4-18分析图题4.18所示电路，求输入S1、S0各种取值下的输出Y，填入表题4.18中。

图题4.18

4-18解：

在输入S1、S0各种取值下的输出Y见表解4.18。

表解4.18

输入

输出

S1

S0

Y

0

0

0

1

1

0

1

1

4-19设发光二极管的正向导通电流为10mA；与非门的电源电压为5V，输出低电平为0.3V，输出低电平电流为15mA，试画出与非门驱动发光二极管的电路，并计算出发光二极管支路中的限流电阻阻值。

4-19解：

与非门驱动发光二极管的电路如图解4.19所示。

发光二极管支路中的限流电阻阻值：

图解4.19

4-20电路如图题4.20所示，已知CMOS门电路的输出电压VOH=4.7V，VOL=0.1V，试计算接口电路的输出电压VO（三极管的集电极电位）。

并说明接口参数选择是否合理。

图题4.20

4.20当VOH=4.7V时：

因IB>IBS，所以三极管饱和：

Vo≈0.3V。

能够为TTL门提供合适的输入低电平。

当VOL=0.1V时：

因电压达不到发射结的门坎电压，所以三极管截止：

Vo=VCC-RC×4IIH=4.6V（取IIH=50μA）

可见，能够为TTL门提供合适的输入高电平。

由以上分析知，接口参数选择合理。