习题二解答

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。

VCC (5V) 解：74LS系列与之对应的是T4000系列。与非门74LS00的IOL

R 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

A & 电路如图所示。限流电阻R为

F B

V?VD?VOL5?1.5?0.5R?CC??0.5k?

66图2-1例2-1 OC门驱动发光二极管 [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

1VDD?0V为0V。 VF?1?200而A=0时，开关断开，呈高阻态。109Ω以上的电阻与200kΩ电

109104阻分压，输出电平近似为VDD。 VF?9V?VDD?VDDDD10?2?105104?2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。

VDD 1 TG A 200kΩ

F

图2-2 例2-2 模拟开关

A&≥1FB≥1图2-3 例2-3门电路AB

&10kΩ&F

图2-4 例2-4门电路解：由TTL门输入端悬空逻辑上认为是1可写出 F?A?1?B?1?A[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。 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

F?0

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， F?AB

2.2 习题解答

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。 +10V VCC 解：设vBE=0V时，三极管T截止。T截止时，IB=0。此时 RC 10kΩ vI?00?(?10) v=2V

I?vO R1 210vI T β=20 10?0.72kΩ T临界饱和时，vCE=0.7V。此时IBS? ?0.0465mAR2 20?1010kΩ vI?0.70.7?(?10)-10V IB?IBS???0.0465mA

-VBB 210vI=4.2V

1

图2-5三极管电路

上述计算说明vI<2V时，T截止；vI>4.2V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。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：⒈RC?VCC?VCES?6?0.2?0.58k? VCICS10⒉临界饱和时，IB=IBS。IBS?ICS?10?0.2mA

?50Rb?VI?VBE2?0.7??6.5k? IBS0.2RC vI Rb vO

T

图2-6 三极管电路

2-3 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，饱和程度将减少。

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输入段接高于2V电源； ⒊输入端悬空。

解：四种系列的TTL与非门的VIH(min)=2V，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F?A?B?AB?AB，若使F?A，必须一端接A，另一端接高电平。此时F?A?1?A?1?A

2-10 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υo1~υ o7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：IIL≈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，

2

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）。

iI(mA) vO(V) vO(V) 3.6 0.8 1.4 0.6 0 vI(V) 0.4 1 2 3 0.2

iL(mA) vI(V) 0 0.2 0 5 10 15 20 1 2 3 -1.4 vI(V)

1.4 图(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

3V & vO悬空 & vO 1 & vO2V & G1 3.6V 0.3V vO7 1 G2 4V & 3.6vO6 & v& O vO 4.7kΩ 1 300Ω G10

图2-7TTL与非门的特性及门电路

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 υo1和υo2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2-46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的波形如图所示。 vO(V) vO(V) vO2 3 3 2

2 1 vO1

vI(V) 0 1 vO1(V) vI 3 vI(V) (a)电路

0 2 1 2 (b)传输特性

1 vO(V)

vI(V) 0 3

vO2(V)

2 3

2 1

1 vI(V) vO1(V) 0 0 (c)输入电压波形

图2-9 题2-11的输出波形图

图2-8 TTL与非门电路、传输特性和输入电压波形

3

0 1 2 3 RI(kΩ)

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IOH<250μA。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IIH<5μΑ，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

VCC（5V） RLmin?RL VCC?VIL(max)IOL(max)?4IIL?5?0.8?0.44k?

16?4?1.6& G1 1 & G3 G4 & G2 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

& 1 RLmax?G5 VCC?VIH(max)2IOH?4IIH?5?2?4.55k?

2?0.25?4?0.04RL应在0.44～4.55kΩ之间选取某一标称值。

G6 图2-10集电极开路门电路

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。 解：根据逻辑门的功能和OC门线与的特点，可以写出

F1?AB?AC?AB?AC

F2?AB?AC

F3?AB?AC?AB?AC

因为F1=F2=F3，说明三个电路的逻辑功能是一样的。

VCCRLB&F11A&C(a)C(b)图2-11A1BB１&≥F2A&C(c)&1F31&

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。

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