第2章逻辑门电路

思考题与习题2.1 在图2.42所示各电路中，当输入电压uI分别为0V、+5V、悬空时，试计算输出电压uO的数值，并指出三极管工作状态。假设三极管导通时的UBE=0.7V。图2.42 题2.1电路图解：对于图a，当输入电压uI分别为0V、+5V、悬空时，用戴维南定理对基极电路进行等效，可分别等效为：显然，当输入电压uI分别为0V和悬空时，三极管截至，输出电压为10V 。当输入电压uI为5V，由等效电路计算出：三极管处于饱和状态 ，uO0.3V。对于图b，当输入电压uI分别为0V、+5V、悬空时，用戴维南定理对基极电路进行等效，可分别等效为：显然，对于输入电压uI为0V，三极管截至，输出电压为5V 。当输入电压uI为5V，由等效电路计算出：三极管处于饱和状态 ，uO0.3V。当输入端悬空时，由等效电路计算出：三极管处于饱和状态 ，uO0.3V。上述分析归纳如下表：2.2 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？（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平0.3V。解：说明上述问题可以有3种途径，即结合具体电路在所给条件下分析其输入输出关系、利用电压传输特性或者利用与非门的主要参数进行分析。与非门的逻辑功能可以归纳为：输入有0，输出为1，也就是说输出为1时，输入必有0。方法1：以图2.7所示与非门电路为例，当输入端A、B、C同时或者其中1个接地时，UB10.7V，T2、T3截至，输出高电平，即输出为1，所以输入为0；当输入端A、B、C同时或者其中1个接低于0.8V的电源时，UB11.5V，T2有可能导通，但T3肯定截至，输出高电平，即输出为1，所以输入为0；当输入端A、B、C同时或者其中1个接同类与非门的输出低电压0.3 V时，UB11.0V，T2、T3截至，输出高电平，即输出为1，所以输入为0 。 方法2：TTL与非门的电压传输特性如图所示：可见当输入电压小于1.4V时，输出为3.6V，而在题中所给的3种情况下，输入电压都小于1.4V，因此输出高电平，即输出为1，所以输入为0。方法3：由TTL与非门的主要技术参数可知：UIL（max）0.8V，而在题中所给的3种情况下，输入电压都小于0.8V，说明这3种情况下，输入电压都为低电平，而低电平用0表示，即逻辑0。2.3 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？（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平3.6V。解：回答上述问题也可以有3种途径，即结合具体电路在所给条件下分析其输入输出关系、利用电压传输特性或者利用与非门的主要参数进行分析。（1）输入端悬空：输入端悬空可以看作是输入端所接电阻R无穷大，由输入负载特性得输入端电压1.4V，此时UB12.1V，T2、T3饱和导通，由与非门的逻辑功能知只有输入全部为高电平时，T2、T3饱和导通，所以输入为1。（2）由TTL与非门的电压传输特性可见：当输入端接高于2V的电源或者接同类与非门的输出高电压3.6 V时，输出低电平即逻辑0，此时输入一定是逻辑1。（3）以图2.7所示与非门电路为例，输入端通过10k电阻接地时，UR3.1V。由TTL与非门的主要技术参数可知：UIH（min）2V，可见UR UIH（min），所以输入为高电平，即逻辑1。2.4 指出图2.43中各门电路的输出是什么状态（高电平、低电平或高阻态）。假定它们都是T1000系列的TTL门电路。图2.43 题2.4电路图解：在图a中，三个输入端都相当于高电平，即逻辑1，由与非门的功能可知，其输出为低电平。在图b中，输入端接10k电阻相当于高电平，即逻辑1，由或门的功能可知，其输出为高电平。在图c中，输入端接51电阻相当于低电平，即逻辑0，由与非门的功能可知，其输出为高电平。在图d中，输入端接10k电阻相当于高电平，即逻辑1，由或非门的功能可知，其输出为低电平。在图e中，EN=0，三态门电路处于禁止工作状态，其输出为高阻态。在图f中，2个输入端分别为高电平和低电平，由异或门的功能可知，其输出为高电平。2.5 图2.44所示为TTL与非门。设其输出低电平UOL0.35V，输出高电平UOH3V，允许最大灌入电流IOL=13mA，关门电平UOFF=0.8V，开门电平UON=1.8V。（1） 试求TTL与非门的扇出系数NO；（2） 试求该TTL与非门的低电平噪声容限UNL和高电平噪声容限UNH。图2.44 题2.5电路图 图2.45 题2.6电路图解：(1) (2) VV2.6 电路如图2.45所示，已知OC门的输出低电平UOL=0.3V；TTL与非门的内部电路如图2.7所示，其输出低电平UOL=0.3V，输出高电平UOH=3.6V，高电平输入电流IIH=40A，低电平输入电流IIL=1.5mA；三极管导通时，UBE=0.7V，饱和管压降UCES=0.3V，UCC=5V。试分别求出在下列情况下的UB、UC和UF值。（1） UA1=0.3V，UA2=3.6V；（2） UA1=U A2=3.6V；（3） R1=，UA1= UA2=3.6V；（4） R2=，UA1= UA2=3.6V；（5） R3=，UA1= UA2=3.6V；解：(1) 由输入条件可知：UB=0.7V，UC=0.3V， UF=3.6V；(2) 由输入条件可知：UB=0.V，三极管截止，UC由R2、R3分压决定， 电阻未知，无法计算；(3) 由输入条件可知：UB=0，三极管截止，UC由R2、R3分压决定， 电阻未知，无法计算；(4) 由输入条件可知：UB=0.3V，三极管截止，UC、UF由R3决定；(5) 由输入条件可知：UB=0.3V，三极管截止，UC= UCC，UF=0.3V2.7 在图2.25所示电路中，已知OC门在输出低电平时允许的最大负载电流IOL=12mA，在输出高电平时的漏电流IOH=200A，与非门的高电平输入电流IIH=50A，低电平输入电流IIL=1.4 mA，UCC=5V，Rc=1k。（1） 试问OC门的输出高电平UOH为多少？（2） 为保证OC门的输出低电平UOL不大于0.35V，试问最多可接几个与非门？（3） 为保证OC门的输出高电平UOH不低于3V，试问可接与非门的输入端数为多少？解：(1) (2) 取(3) 因为 所以 2.8 试比较TTL电路和CMOS电路的优、缺点。2.9 试说明下列各种门电路中哪些门电路的输出端可以并联使用。（1） 具有推拉式输出级的TTL门电路；（2） TTL电路的OC门;（3） TTL电路的三态输出门；（4） 普通的CMOS门；（5） 漏极开路的CMOS门；（6） CMOS电路的三态输出门。解：输出端可以并联使用的有: TTL电路的OC门、三态输出门；漏极开路的CMOS门、CMOS电路的三态输出门。2.10 写出图2.46所示电路的逻辑表达式。图2.46 题2.10电路图解： 图a: 图b: 6