第3章-门电路-课后答案.doc

1、数字电子技术基础参考答案 第二章- 1 -第三章 门 电 路【题 3.1】 在图 3.2.5 所示的正逻辑与门和图 3.2.6 所示的正逻辑或门电路中,若改用负逻辑,试列出它们的逻辑真值表,并说明 Y 和 A,B 之间是什么逻辑关系。图 3.2.5 的负逻辑真值表A B Y1 1 11 0 10 1 10 0 0YAB图 3.2.6 的负逻辑真值表A B Y1 1 11 0 00 1 00 0 0YAB【题 3.5】已知 CMOS 门电路的电源电压 ，静态电源电流5DV，输入信号为 200 的方波（上升时间和下降时间可忽略不2DIZKH计） ，负载电容 ，功耗电容 ，试计算它的静态功20LCp

2、F20pdCF耗、动态功耗、总功耗和电源平均电流。【解】静态功耗 615.1SDPIVmW动态功耗 21252001.0DLpdCf mW总功耗 TOSD电源平均电流 10.25TPImAV【题 3.5】已知 CMOS 门电路工作在 5V 电源电压下的静态电源电流 ，5A在负载电容 ，输入信号频率为 500 的方波时的总功耗为10LCpF为 ZKH1.56mW 试计算该门电路的功耗电容的数值。【解】首先计算动态功耗 数字电子技术基础参考答案 第二章- 2 -31.5601.54DTOSDPIVmW根据 得2LpdCf312252.031DpdPFpfV【题 3.7】 试分析图 P3.7 中各电

3、路的逻辑功能，写出输出逻辑函数式。ABCV D DY（ a ）BCV D DY（b ）A数字电子技术基础参考答案 第二章- 3 -ABDCI N HV D DY( c )图 P 3 . 7【解】（a） YABC（b） （c） DINH【题 3.11】 在图 P3.11 的三极管开关电路中,若输入信号 的高、低电平Iv分别为 ,试计算在图中标注的参数下能否保证50IHILVV、时三极管饱和导通、 时三极管可靠地截止？三极管的饱和IvILv导通压降 ,饱和导通内阻 。如果参数配合不当，.1CEsat 20CEsatR则在电源电压和 不变的情况下，应如何修改电路参数？R数字电子技术基础参考答案 第二

4、章- 4 - 1 0 V+ 1 0 V图 P 3 . 1 15.1K8R2CovIv30【解】利用戴维宁定理接至基极与发射极间的外电路化简为由等效电压和等效电阻 串联的回路，如图 A3.11(a)所示。其中EvER，105.8I185.3.97K若 则 故三极管处于截止状态， 。1,vV2,E 01vV若 ，则 而临15.61.69, .25,397EBBvVvi mAR界饱和基极电流 。可见，103CsatBSEtI三极管不饱和，为了使三极管在 时能饱和导通，可以减,BSiI5IvV小 的阻值或用 值更大的三极管。1R1 0 V图 A 3 . 1 1 ( a )beV Ebe5.K2RIv

5、R数字电子技术基础参考答案 第二章- 5 -【题 3.12】 在图 P3.12 两个电路中,试计算当输入分别接 0V,5V 和悬空时输出电压 的数值，并指出三极管工作在什么状态。假定三极管导通以后0vV，电路参数如图中所注。三极管的饱和导通压降.7BE,饱和导通内阻 。1Csat20CEsatR- 8 V图 P 3 . 1 21R3KIvOv24.73C0+ 5 V【解】当输入断悬空时，用戴维宁定理可将接至与发射极间的外电路等效地化为由 和 串联的单回路，如图 A3.12(b)所示。 其中EVR5818(34.7)(34.7)., 5.34.71EVRK。所以 。而0BimA故 三极管50.1

6、.492CEsatStVvI mAR ,BSiI处于饱和导通状态， 。0.CESV数字电子技术基础参考答案 第二章- 6 -5 V8 V图 A 3 . 1 2 ( a )beV Ebe4.7K1R2 R33当输入端接有 时，仍将接至基极与发射极间的外电路简化为 与1 E串联的形式，如图 A3.1(c)所示。其中 ER。84.718., 3.74.71II EvVRK若 则 三极管截止， 。10,6EV05V若 ，则 。可见 523, .47BimA,BSiI三极管饱和导通， 。0.1CES5 V8 V图 A 3 . 1 2 ( c )beV Ebe4.7K1R2 R33Iv【题 3.13】试分

7、析图 P3.13 中各电路的逻辑功能，写出输出逻辑函数式。数字电子技术基础参考答案 第二章- 7 -YV C CAB( a )ABV C CY( b )ABYV C C( c )数字电子技术基础参考答案 第二章- 8 -1212()0AGYAG 1G 1V C CY( d )图 P 3 . 1 3【解】（a） YB（b）（c） （OC 门）（d） 当（三态输出的反相器）高阻态 当【题 3.16】 在图 P3.16 有 74 系列 TTL 与非门组成的电路中,计算门 能驱动多少同MG样的与非门。要求 输出的高，低电平满足 与MG3.2,0.4OHOLVV。非门的输入电流为 时输出电流最11.6,

8、40LHImAIL。大值为 时输出电流最大值为(max),32OLOIV的输出电阻可忽略不计。()0.4HMG数字电子技术基础参考答案 第二章- 9 -【解】 当 V 时，可求得0.4OL()16.LmasIn当 时，可求得32OHV()10.4 5masIn故 能驱动 5 个同样的与非门。MG【题 3.17 】在图 P3.17 有 74 系列或非门组成的电路中，试求门 能驱MG动多少个同样的或非门。要求 输出的高、低电平满足MG。或非门每个输入端的输入电流为3.2,0.4OHOLVV。 时输出电流的最大值为16ILIHmA0.4OLV时的输出电流的最大值为 ，(),3.2OasO(max)0

9、.4OHIA的输出电阻可忽略不计。MG【解】 当 时，可以求0.4OLV得 (max)1652.LIn当 时，又可求得3OHV(max)0.4 52In故 能驱动 5 个同样的或非门。MG【题 3.18】 试说明在下列情况下，用万用电表测量图 P3.18 的 V12 端得到GM图 P3.16GM图 P3.17数字电子技术基础参考答案 第二章- 10 -的电压各为多少：（1） v11 悬空；（2） v11 低电平（0.2 V） ；（3） v11 高电平（3.2V） ；（4） v11 经 51 电阻接地；（5） v11 经 10 k 电阻接地。图中的与非门为 74 系列的 TTL 电路，万用电表使

10、用 5V 量程，内阻为 20 k /V。【解】 这时相当于 v12 端经过一个 100 k 的电阻接地。假定与非门输入端多发射极三极管每个发射结的导通压降均为 0.7V，则有（1） v12 1.4V（2） v12 0.2V（3） v12 1.4V（4） v12 0 V（5） v12 1.4V【题 3.19】 若将上题中的与非门改为 74 系列 TTL 或非门，试用在上列五种情况下测得的 v12 各为多少？【解】 由图 3.4.22 可见，在或非门中两个输入端电平互不影响，故 v12 始终为 1.4V。【题 3.21】 在图 P3.21 电路中 和 C 构成输入滤波电路。当开关 S12,R闭合时

11、，要求门电路的输入电压 当开关 S 断开时，要求门电路0.4;LV的输入电压 试求 和 的最大允许阻值。 为 74LS 系14,HV1215G列 TTL 反相器，它们的高电平输入电流 低电平输入电流1,HIA。10.LImA【解】当 S 闭合时 被短路，故有1R12()0.4.25LmasVKI当 S 短开时，门电路的高电平输入电流流经 和 ，故得到1R2112max4() 05.CHVI&Vv1V12图 P3.18数字电子技术基础参考答案 第二章- 11 -因此 1()0.2)9.8masRKG 1G 2G 3G 4G 5V c c = 5 VSCR 1R 2图 P 3 . 2 1【题 3.

12、22】 试绘出图 P3.22 电路的高电平输出特性和低电平输出特性。已知 VCC =5V，R L =1 k。OC 门截止时输出管的漏电流 IOH =200Ua。v 1=VIH 时 OC 门输出管饱和导通，在 iLILM 的范围内导通内阻小于 20 。【解】 输出高电平时 。当 iL=0 时，v O=4.6V，如0(2)COHvVIiR图 A3.22 所示。只有一个 OC 门输出管导通时，输出低电平为02()COLVviR6 5 4 3 2 1 2 1 0 1 2 0/vV 1/imA 图 A2.12 数字电子技术基础参考答案 第二章- 12 -V C CR LV OV 1 1V 1 2图 P

13、3 . 2 2【题 3.23】 计算图 P3.23 电路中上拉电阻 的阻值范围。其中 、LR1G、 是 74LS 系列 OC 门，输出管截止时的漏电流 ，输2G3 0OHIA出低电平 时允许的最大负载电流 。 、 、0.4OLV8LMIm45为 74LS 系列与非门，它们的输入电流为 。6 .,2IIHOC 门的输出高、低电平应满足 、 。3.2OHV0OLV【解】 (max) 5530.1.CLOHIRK(in) 4.688.LLIV故应取 。0.65LKR数字电子技术基础参考答案 第二章- 13 -G 1G 2G 3V c c = 5 VR LG 4G 5G 6图 P 3 . 2 3【题

14、3.25】图 P3.25 是一个继电器线圈驱动电路。要求在 时IHvV三极管 T 截止，而 时三极管 T 饱和导通。已知 OC 门输出管截止时0Iv的漏电流 ，导通时允许流过的最大电流 ，管压1OHIA10LMImA降小于 0.1V。三极管 ，继电器线圈内阻 240 ，电源电压512V、 ， ， ，试求 的阻值范CV8EV23.RK381R围。R 1R 2R 3V C C = 1 2 VTV E E = - 8v 1D图 P 3 . 2 5【解】 （1）根据 时三极管需饱和导通的要求，计算 的最大允许值。0Iv1R由图 A3.25（a）可知，此时应满足数字电子技术基础参考答案 第二章- 14

15、-1250.4CBVimAR1.7(8)i21.Bi3.075PvV故得 。1(max)25.76.91OHRKiI（2）根据 时三极管应截止，计算 的最小允许值。IvV1R由图 A3.25（b）可知，这时 ， ，0.PvVBi0LMimA1.(8).33imA21Li( a )( b )图 A 3 . 2 5R 1R 2R 3V C C = 1 2 VTV E E = - 8DR 1R 2R 3V C C = 1 2 VTV E E = - 8DPvBSiiOHIHvimaxOi故得 。1(min)20.1.1.8RKi所以应取 。1.3.9K数字电子技术基础参考答案 第二章- 15 -【题

16、 3.26】在图 P3.26（a）电路中已知三极管导通时 ，饱和压0.7BEV降 ，三极管的电流放大系数 。OC 门 输出管截止()0.3CEsatV11G时的漏电流约为 ，导通时允许的最大负载电流为 16mA，输出低电5A平 。 均为 74 系列 TTL 电路，其中 为反相器， 和.2G23是与非门， 是或非门，它们的输入特性如图 P3.26（b）所示。试问45G 1v c4 . 7 K 5 VG 2G 3G 4G 5（ a ）R BR C 1.6 0 1 2 40A 1/vV 1/imA （ b） 图 P3.26 （1） 在三极管集电极输出的高、低电压满足 、.5OHV数字电子技术基础参考

17、答案 第二章- 16 -的条件下， 的取值范围有多大？0.3OLVBR（2）若将 OC 门改成推拉式输出的 TTL 门电路，会发生什么问题？【解】 （1）根据三极管饱和导通时的要求可求得 RB 的最大允许值。三极管的临界饱和基极电流应为 150.31.60.947CESBSILVI mAR故得到 。0.9.BEb 4.30.7.1CBEBVk又根据 OC 门导通时允许的最大负载电流为 16mA，可求得 Rn 的最小允许值。 296COLBRK故应取 0.29 k RB30.7 k 。（2）若将 OC 门直接换成推拉式输出的 TTL 门电路，则 TTL 门电路输出高电平时为低内阻，而且三极管的发

18、射结导通时也是低内阻，因此可能因电流过大而使 TTL 门电路和三极管受损。【题 3.27】 计算图 P3.27 电路中接口电路输出端 的高、低电平，并说Cv明接口电路参数的选择是否合理。CMOS 或非门的电源电压 ，10DV空载输出的高、低电平分别为 、 ，门电路的输9.5OHV0.5OL出电阻小于 。TTL 与非门的高电平输入电流 ，低电平202IHA输入电流 。.4ILmA数字电子技术基础参考答案 第二章- 17 -V c c = 5 V接口电路T T LC M O S5 1 K 2 K v c = 3 0图 P 3 . 2 7【解】 （1） CMOS 或非门输出为高电平时，由图 P3.2

19、7 可得到9.50.185.21OHBEBVI mA三极管临界饱和的基极电流为 150.32.40.1CESBSILI mAR可见， ，故三极管处于饱和导通状态， 。BSI.3CV（2） CMOS 或非门输出为低电平时，三极管截止，因此得到4I(540.2)4.8CHCV由此可知，接口电路的参数选择合理。【题 3.28】 图 P3.28 是用 TTL 电路驱动 CMOS 电路的实例，试计算上拉电阻的取值范围。TTL 与非门在 时的最大输出电流为 ，输LR0.3OLV8mA出端的 管截止时有 的漏电流。CMOS 或非门的输入电流可以忽略。5T0A要求加到 CMOS 或非门输入端的电压满足 。给定

20、电4,0.3IHILV源电压 。DV数字电子技术基础参考答案 第二章- 18 -V D D = 5 VT T LC M O SR LV I图 P 3 . 2 8【解】 （1）根据 的要求和 TTL 与非门的截止漏电流可求得4IHV的最大允许值LR5200CIHVK（1） 根据 及 TTL 与非门的最大负载电流可以求出.3ILV的最小允许值R50598CILLVK故应取 。0.92【题 3.29】试说明下列各种门电路中哪些可以将输入端并联使用（输入端的状态不一定相同） 。（1） 具有推拉式输出级的 TTL 电路；（2） TTL 电路的 OC 门；（3） TTL 电路的三态输出门；（4） 普通的

21、CMOS 门；（5） 漏极开路输出的 CMOS 门；（6） CMOS 电路的三态输出门。【解】 （1） 、 （4）不能， （2） 、 （3） 、 （5） 、 （6）可以。数字电子技术基础参考答案 第二章- 19 -【题 3.13】 在图 P3.13 电路中，为保证 vO1 =0.2V 时 v12 0.5V ，试计算G1 和 G2 为 74 系列，74H 系列，74S 系列，74LS 系列与非门时 R 的最大允许值。74 系列，74H 系列， 74S 系列，74LS 系列与非门的电路结构和电路参数详见图 3.4.20、图 3.4.34、图 3.4.37、图 3.4.39。【解】 对 74 系列，

22、74H 系列，74S 系列而言，输入端的电路结构如图A3.13（a）所示，R 的最大允许值为& &G 1G 2RV 1 2V 0 1I图P 2 . 1 3已知 74 系列 TTL 与非门的 RI 为 4 k ，代入上式得到 R=316 。而 74H系列，74S 系列的 为 ，代入上式得到 。12.8K0R对 74LS 系列而言，输入端的电路结构如图 A3.13（b）所示，R 的最大允许值为： 21120IOCDIvvRV其中 为输入端 SBD 的导通压降，约为 0.4V， 20 。Dv 1RK故得到 。0.5201.464.RKRR 1iV C C = 5 VV O 1 = 0 . 2 ViT

23、 1V I 2 = 0 . 5 V( a )RR 1iV C C = 5 VV O 1 = 0 . 2 V( b )V I 2 = 0 . 5 VD 1D 2图A 2 . 1 3【题 3.15】 双极型数字集成电路有哪些类型？各有什么特点？1201201211.5.797.CBEvvVI数字电子技术基础参考答案 第二章- 20 -【解】见本章第 3.5 节。【题 3.16】若将图 P3.10 中的门电路改为 CMOS 与非门，试说明当 为1IV题 3.10给出的五种状态时测得的 各等于多少？2IV【解】因为 CMOS 与非门的两个输入端都有独立的输入缓冲器，所以两个输入端的电平互不影响。 端经

24、电压表的内阻接地，故 0。2I 2I【题 3.18】 在 CMOS 电路中有时采用图 P3.18（a）（d）所示的扩展功能用法，试分析各图的逻辑功能，写出 的逻辑式。已知电源电压14Y，二极管的正向导通压降为 0.7V。10DV【解】&ABCDEV D D = 1 0 V1 0 0 K Y 1( a )11 0 0 K ABCDEY 2( b )&ABCDEFRY 3( c )ABCDEFR( d )11Y 4V D D = 1 0 V图P 2 . 1 8（a） 1YABCDE（b） 2数字电子技术基础参考答案 第二章- 21 -（c） 3YABCDEF（d） 4【题 3.19】 上题中使用的

25、扩展方法能否用于 TTL 门电路？试说明理由。【解】 不能用于 TTL 电路。在图（a）电路中，当 C、D、E 任何一个为低电平时，分立器件与门的输出将高于 TTL 与非门的 值，相当于(max)ILVTTL 电路的逻辑 1 状态，分立器件的与门已不能实现与的逻辑功能了。同理，图（d）电路也不能用于 TTL 电路。在图（b）电路中，当 C、D、E 均为低电平时，三个二极管截止。TTL 或非门输入端对地接有 电阻，将使该输入端为逻辑 1 状态，0K故分立器件的或非门已失去作用。图（c）电路也不能用于 TTL 电路，因为 的高电平有可能低于 TTL 电路要求的 值。3Y(min)IHV【题 3.4】 计算图 P3.4 电路中的反向器 能驱动多少个同样的反相器。MG要求 输出的高，低电平符合 。所有的反向器MG3.2,0.5OHOL均为 74LS 系列 TTL 电路，输入电流时输出电流的最大值1100.4,2.5LHLImAIV。时输出电流的最大值为(ax)083.的输出电阻可忽略不计。().OHmsIM。 G【解】 根据 时 的要求得OLIA0.25OLV18.4LnI而根据 时 又可求得3.2OHV0.OHm1. 20nI故 最多可驱动 20 个同样的反向器。MG数字电子技术基础参考答案 第二章- 22 -