门电路习题课课件

1 第三章习题课第三章习题课本本章章主主要要介介绍绍了了逻逻辑辑电电路路的的基基本本概概念念和和TTL、CMOS等集成逻辑门。等集成逻辑门。TTL电电路路输输入入级级采采用用多多发发射射极极晶晶体体管管，输输出出级级采采用用推推拉拉式式结结构构，所所以以工工作作速速度度较较快快，负负载载能能力力较较强强，是是目目前前使使用用最最广广泛泛的的一一种种集集成成逻逻辑辑门。应掌握好门。应掌握好TTL门电气特性和参数。门电气特性和参数。MOS电电路路属属于于单单极极型型电电路路，CMOS电电路路具具有有高高速速度度、功功耗耗低低、扇扇出出大大、电电源源电电压压范范围围宽宽、抗抗干干扰扰能能力力强强、集集成成度度高高等等一一系系列列特特点点，使使之之在在整整个个数数字字集集成成电电路路中中占占据据主主导导地地位位的的趋趋势势日日益明显。益明显。小小 结结 本章总的要求：本章总的要求：熟练掌握熟练掌握TTLTTL和和CMOSCMOS集集成门电路输出与输入间的逻辑关系、成门电路输出与输入间的逻辑关系、外部电气特性，包括电压传输特性、外部电气特性，包括电压传输特性、输入特性、输出特性和动态特性等；输入特性、输出特性和动态特性等；了解和掌握各类集成电子器件正确的了解和掌握各类集成电子器件正确的使用方法。使用方法。重点：重点：TTLTTL电路与电路与CMOSCMOS电路的结构与电路的结构与特点特点 附附:门电路的常见逻辑符号门电路的常见逻辑符号 与门与门 或门或门 非门非门F=AB F=A+B&ABFABFABFABF ABFABF A1FAFAFAF 与非门与非门 或非门或非门 OC门门 (两输入与非两输入与非)&ABFABFABF ABFABF ABF&ABFABFABF 国标国标AB&AB&AB国家标准国家标准 三态门三态门(两输入与非两输入与非)与与或非门或非门+ABCDFABCDF&7 当输入为当输入为0V、5V时，基极回路等效电路如图时，基极回路等效电路如图vI 5.1k20k10VbebeRB VB解：解：知识点知识点1：三极管开关电路：三极管开关电路3.11(a)在在图图示示电电路路中中，试试计计算算当当输输入入端端分分别别接接0V、5V和和悬悬空空时时输输出出电电压压vO的的数数值值，并并指指出出三三极极管管工工作作在在什什么么状状态态。假假定定三三极极管管导导通通以以后后vBE0.7V，电电路路参参数数如图中所示。如图中所示。vI+10V-10V5.1k20k2kvO=30其戴维宁等效电路如图其戴维宁等效电路如图RB=5.1/20k=4.1k8(1)vI=0V时时此时发射结反偏，此时发射结反偏，T截止，截止，vO10V。+10V4.1k2kvO=302V等效电路如图等效电路如图(2)vI=5V时时此时发射结正偏此时发射结正偏+10V4.1k2kvO=301.9VT饱和，饱和，vO=VCE(sat)=0.1V等效电路如图等效电路如图9(3)输入端悬空时输入端悬空时基极回路等效电路如图基极回路等效电路如图be 20k10V此时发射结反偏，此时发射结反偏，T截止，截止，vO10V。vI+10V-10V5.1k20k2kvO=3010 3.12 图示电路，试计算当输入端分别接图示电路，试计算当输入端分别接0V、5V和悬空时输出电压和悬空时输出电压vO的数值，并指的数值，并指出三极管工作在什么状态，三极管导通后出三极管工作在什么状态，三极管导通后vBE=0.7V。解解:当输入为当输入为0V、5V时，基极回路等效电路如图时，基极回路等效电路如图其戴维宁等效电路如图其戴维宁等效电路如图beRB VB RB=4.7k/18k=3.7kvI+5V-8V3k4.7k18k2kvO=50bevI 3k4.7k18k5Vbe8V11(1)vI=0V时时此时发射结反偏，此时发射结反偏，T截止，截止，vO5V。(2)vI=5V时时此时发射结正偏此时发射结正偏T饱和，饱和，vO=VCE(sat)=0.1V。RB VB vO+5ViB=5012(3)输入端悬空时输入端悬空时基极回路等效电路如图示基极回路等效电路如图示其戴维宁等效电路如图示其戴维宁等效电路如图示beRB VB RB=(4.7+3)/18=5.4kT饱和，饱和，vO=VCE(sat)=0.1V。此时发射结正偏此时发射结正偏e3k4.7k18k5Vb8VvI+5V-8V3k4.7k18k2kvO=50be 题知识点题知识点2：二极管与门、或门的应用：二极管与门、或门的应用 p131 图图2-18（四版）（四版）在CMOS电路中有时采用下图（a）（b）所示的扩展功能用法，试分析各图的逻辑功能，写出Y1 Y2的逻辑式。已知电源电压VDD=10V，二极管的正向导通压降为0.7V。(a)二极管构成与门，二极管构成与门，C、D、E只要有一个为低电平，只要有一个为低电平，则则vI1为低电平为低电平(b)二极管构成或门，二极管构成或门，C、D、E只要有一个为只要有一个为高电平，则高电平，则vI2为高电平为高电平 题知识点题知识点2：二极管与门、或门的应用：二极管与门、或门的应用 在CMOS电路中有时采用下图（c）（d）所示的扩展功能用法，试分析各图的逻辑功能，写出Y3 Y4的逻辑式。已知电源电压VDD=10V，二极管的正向导通压降为0.7V。(c)二极管构成或二极管构成或门，门，Y1、Y2只要只要有一个为高电平，有一个为高电平，则则Y3为高电平为高电平(d)二极管构成与门，二极管构成与门，Y1、Y2只要有一个为低电平，则只要有一个为低电平，则Y4为低电平为低电平15 3.14指出图示各门电路的输出是什么状态。已知这些门电路都是指出图示各门电路的输出是什么状态。已知这些门电路都是 74系列系列TTL门电路。门电路。知知 识点识点3：TTL门电路的输入端负载特性门电路的输入端负载特性 见 P156 图P3.14因控制端有效，因控制端有效，因控制端无效因控制端无效 Y6处于高阻态处于高阻态 VCC=15.1KVIL vI1 Y718 3.15 指出图示各门电路的输出是什么状态。已知这些门电路都是指出图示各门电路的输出是什么状态。已知这些门电路都是 CC4000系列系列CMOS门电路。门电路。知识点知识点3：COMS门电路的输入端负载特性门电路的输入端负载特性P156 图P3.15VDD Y4&RL VCCVIL 20 3.16 图示电路中，与非门图示电路中，与非门GM最多可驱动多少个同样的与非门？最多可驱动多少个同样的与非门？要求要求GM的高低电平满足的高低电平满足VOH3.2V，VOL0.4V。与非门的输入与非门的输入 电流为电流为IIL-1.6mA，IIH40A。VOL0.4V时输出电流最大值时输出电流最大值 为为IOL(max)=16mA，VOH3.2V时输出电流最大值为时输出电流最大值为IOH(max)=-0.4mA 解：解：GM输出低电平时输出低电平时IOL(max)=16mA，IIL-1.6mA&GM&.N 因输入低电平时每个与非门输入端因输入低电平时每个与非门输入端 总电流为总电流为IILIOL知识点知识点4：扇出系数，与非门输入特性：扇出系数，与非门输入特性21 GM输出高电平时输出高电平时IOH(max)=-0.4mA，IIH40A&GM&.N 因输入高电平时每个与非门输入端因输入高电平时每个与非门输入端 总电流为总电流为2IIHIOHIIH综合综合，N=5知识点知识点4：扇出系数，或非门输入特性：扇出系数，或非门输入特性3.17 解解 当当 时，可以求得时，可以求得 当当 时，又可求得时，又可求得故故 能驱动能驱动5 5个同样的或非门。个同样的或非门。已知已知:23 3.18.试说明在下列情况下，用万用表测量图中试说明在下列情况下，用万用表测量图中vI2得到的电压得到的电压 各为多少？与非门为各为多少？与非门为74系列系列TTL电路，万用表使用电路，万用表使用5V量程，内阻量程，内阻 为为20K/V&VvI2vI1解：解：等效电路：等效电路：R1 4k100KT1 vI2 VCC be2 be5 vI1（3）vI1=3.2VvB1=2.1V；vI2=1.4V（1）vI1悬空悬空vB1=2.1V；vI2=1.4V（2）vI1=0.2VvB1=0.9V；vI2=0.2V 知识点知识点5：与非门输入端电平互相影响：与非门输入端电平互相影响24（4）vI1经经51电阻接地电阻接地vB1=0.75V；vI2=0.05VR1 4k100KT1 vI2 VCC be2 be5 vI1 51（5）vI1经经10k电阻接地电阻接地vB1=2.1V；vI2=1.4V举例举例见见P122P122例例3.5.33.5.3 ：计算图中电阻：计算图中电阻R RP P取值范围。已知：取值范围。已知：V VOHOH=3.4V,V=3.4V,VOLOL=0.2V,=0.2V,V VIH(minIH(min)=2.0V,=2.0V,V VIL(maxIL(max)=0.8V=0.8V，I IIHIH0.04mA0.04mA。解：解：当当 =V=VOHOH时，要求时，要求 V VIH(minIH(min)V VOHOH-I-IIHIHR RP P V VIH(minIH(min)当当 =V=VOLOL时，要求时，要求 V VIL(maxIL(max)=V=VOLOL+R+RP P(V(VCCCC-V-VBEBE V VOLOL)/(R)/(R1 1+R+RP P)V VIL(maxIL(max)R RP P 0.69K 0.69KR RP P 35K 35K对于对于7474系列，当系列，当R RP P=2K =2K 时，时，就达到就达到1.4V1.4V。综合两种情况综合两种情况R RP P应按此式选取应按此式选取牢记：牢记：R RP P大于大于2K2K欧姆时，输入等效为欧姆时，输入等效为高电平高电平；小于小于0.7K0.7K欧欧姆时，输入等效为姆时，输入等效为低电平低电平。26 3.23 计算图中计算图中RL阻值范围，其中阻值范围，其中G1、G2、G3是是74LS系列系列OC门门,输出输出 管截止时的漏电流为管截止时的漏电流为IOH=100A，输出低电平输出低电平VOL0.4V时允许的时允许的 最大负载电流为最大负载电流为ILM=8mA；G4、G5、G6是是74LS与非门，它们的输与非门，它们的输 入电流为入电流为IIL-0.4mA，IIH 20A，VCC=5V，要求要求OC门的输出门的输出 高电平高电平VOH3.2V，输出低电平输出低电平VOL0.4V。解：解：&RL VCC&G2G1G4G5G6&G3VOHIOHIIH(1)输出高电平时，输出高电平时，RL不能太大，应满足不能太大，应满足 知识点知识点6：上拉电阻计算：上拉电阻计算27&RL VCC&G2G1G4G5G6&G3VOLILMIIL(2)只有一个门输出低电平时，只有一个门输出低电平时，RL不能太小，应满足不能太小，应满足28 3.25 图示是一个继电器线圈驱动电路图示是一个继电器线圈驱动电路.要求在要求在vI=VIH时三极管截止时三极管截止,而而 vI=0时三极管饱和导通时三极管饱和导通.已知门输出管截止时的漏电流已知门输出管截止时的漏电流IOH100A,导通时允许流过的最大电流导通时允许流过的最大电流ILM=10mA,管压降小于管压降小于0.1V.三极管三极管=50,继电器线圈内阻继电器线圈内阻240,电源电压电源电压VCC=12V,VEE=-8V,R2=3.2k,R3=18k,试求试求R1的阻值范围的阻值范围.解解:(1)vI=VIH时时,VP=0.1V,三极管截止三极管截止,IB=0R1不能太小不能太小,否则，否则，OC门会被烧坏。门会被烧坏。即即:IL=I2-I1 ILM +12V-8VR2 R3 R1=50vI1VP IL I2 I1 VIH 知知识点点6：OC门上拉电阻的计算门上拉电阻的计算29(2)vI=0时时,VP为高电平为高电平R1不能太大不能太大,否则，三极管基极电流小否则，三极管基极电流小,不饱和。不饱和。+12V-8VR2 R3 R1=50vI1VP I1 I3 I2 IB IOH 0V30 G1输出低电平时输出低电平时,三极管截止三极管截止,IB=0RB不能太小不能太小,否则，否则，OC门会被烧坏。门会被烧坏。+5VRB&VOL IL IG1RC 1&1即即:IL=I ILM 3.26(1)求求RB的取值范围。的取值范围。(2)若将若将OC门换成推拉式输出的门换成推拉式输出的TTL电路，电路，会发生什么情况。会发生什么情况。解解(1)31 G1输出高电平时输出高电平时(输出管截止输出管截止),三极管应饱和三极管应饱和RB不能太大，否则，三极管基极电流小，不饱和。不能太大，否则，三极管基极电流小，不饱和。+5VRB&G1RC 1&1VOH IOH IIB 32(2)若将若将OC门换成推拉式输出的门换成推拉式输出的TTL电路电路则则TTL门电路输出高电平时为低内阻，而且三极管的发射门电路输出高电平时为低内阻，而且三极管的发射结导通时也是低内阻，因此可能因电流过大而使结导通时也是低内阻，因此可能因电流过大而使TTL电路电路和三极管受损。等效电路如图示。和三极管受损。等效电路如图示。VCC R4 T4 +5VRC I大大判断题（正确打判断题（正确打，错误的打，错误的打）1TTL与非门的多余输入端可以接固定高电平。（与非门的多余输入端可以接固定高电平。（）2 当当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑辑1。（。（）3普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，否则可能会损坏器件。（否则可能会损坏器件。（）4两输入端四与非门器件两输入端四与非门器件74LS00与与7400的逻辑功的逻辑功能完全相同。（能完全相同。（）5CMOS或非门与或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相或非门的逻辑功能完全相同。（同。（）6三态门的三种状态分别为：高电平、低电平、三态门的三种状态分别为：高电平、低电平、不高不低的电压。（不高不低的电压。（）7TTL集电极开路门输出为时由外接电源和集电极开路门输出为时由外接电源和电阻提供输出电流。（电阻提供输出电流。（）8一般一般TTL门电路的输出端可以直接相连，实门电路的输出端可以直接相连，实现线与。（现线与。（）9CMOS OD门（漏极开路门）的输出端可以直门（漏极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。（接相连，实现线与。（）10TTL OC门（集电极开路门）的输出端可以门（集电极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。（直接相连，实现线与。（）填空题填空题2OC门称为门称为 门，多个门，多个OC门输门输出端并联到一起可实现出端并联到一起可实现 功能。功能。1.集电极开路门的英文缩写为集电极开路门的英文缩写为 门，工作门，工作时必须外加时必须外加 和和 OC 电源电源 负载负载 集电极开路集电极开路 线与线与 3.3.三态输出门其输出端有三种可能出现的状态：三态输出门其输出端有三种可能出现的状态：高阻高阻、高电平高电平、低电平低电平选择题选择题1.三态门输出高阻状态时，三态门输出高阻状态时，是正确的说法。是正确的说法。A.用电压表测量指针不动用电压表测量指针不动 B.相当于悬空相当于悬空 C.电压不高不电压不高不低低 D.测量电阻指针不动测量电阻指针不动2.以下电路中可以实现以下电路中可以实现“线与线与”功能的有功能的有 。A.与非门与非门 B.三态输出门三态输出门 C.集电极开路门集电极开路门 D.漏极开漏极开路门路门3以下电路中常用于总线应用的有以下电路中常用于总线应用的有 。A.TSL门门 B.OC门门 C.漏极开路门漏极开路门 D.CMOS与非与非门门4逻辑表达式逻辑表达式Y=AB可以用可以用 实现。实现。A.正或门正或门 B.正非门正非门 C.正与门正与门 D.负或门负或门A.B.D.C.D.A.C.D.5TTL电路在正逻辑系统中，电路在正逻辑系统中，以下各种输入以下各种输入中中 相当于输入逻辑相当于输入逻辑“1”。A.悬空悬空 B.通过电阻通过电阻2.7k接电源接电源C.通过电阻通过电阻2.7k接地接地 D.通过电阻通过电阻510接地接地A.B.C.6对于对于TTL与非门闲置输入端的处理，可以与非门闲置输入端的处理，可以 。A.接电源接电源 B.通过电阻通过电阻3k接电源接电源 C.接地接地 D.与与有用输入端并联有用输入端并联A.B.D.7CMOS数字集成电路与数字集成电路与TTL数字集成电路数字集成电路相比突出的优点是相比突出的优点是 。A.微功耗微功耗 B.高速度高速度 C.高抗干扰能力高抗干扰能力 D.电源电源范围宽范围宽A.C.D.9.下图下图TTL电路中，实现下图所示各输出逻辑的正确电路是电路中，实现下图所示各输出逻辑的正确电路是（）BA&Y1=AB51KBA1Y2=AB51KA&Y3=ABEN51KB8.8.某某TTLTTL与非门的三个输入分别为与非门的三个输入分别为A A，B B，C C，现只需用，现只需用A A，B B两个，两个，C C不用，则下面对不用，则下面对C C的处理方法哪个不正确的处理方法哪个不正确?(?()A.A.与输入与输入A A并用并用B.B.与输入与输入B B并用并用C.C.接逻辑接逻辑“0 0”D.D.接接逻辑逻辑“1 1”10.()可实现可实现“线与线与”功能。功能。A.与非门与非门B.OC门门C.或非门或非门D.传输门传输门11.若将一若将一TTL异或门（输入端为异或门（输入端为A、B）当作反相器使用，则）当作反相器使用，则A、B端应端应连接？连接？(a)A或或B中有一个接中有一个接1；(b)A或或B中有一个接中有一个接0；(c)A和和B并联使用；并联使用；(d)不能实现。不能实现。CY1B（a)P157 题题3.20 题题3.23