课后习题答案第章门电路.pdf

数字电子技术基础第三章习题答案3-1如图3-63ad所示4个TL门电路，A、B端输入的波形如图e所示，试分别画出F1、2、F3和的波形图。略3-2电路如图3-64a所示，输入A、B的电压波形如图3-64b所示，试画出各个门电路输出端的电压波形。略 3-3在图3-7所示的正逻辑与门和图3-8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F和A、B之间是什么逻辑关系。答：（1）图3-7负逻辑真值表ABF00011 1011F与A、B之间相当于正逻辑的“或”操作。（2）图3-8负逻辑真值表ABF000 110011F与A、B之间相当于正逻辑的“与”操作。 3-4试说明能否将与非门、或非门、异或门当做反相器使用？如果可以，各输入端应如何连接？答：三种门经过处理以后均可以实现反相器功能。(1)与非门:将多余输入端接至高电平或与另一端并联；(2)或非门：将多余输入端接至低电平或与另一端并联；(3)异或门：将另一个输入端接高电平。3-5为了实现图3-65所示的各TL门电路输出端所示的逻辑关系，请合理地将多余的输入端进行处理。 答：a）多余输入端可以悬空，但建议接高电平或与另两个输入端的一端相连；b)多余输入端接低电平或与另两个输入端的一端相连；c)未用与门的两个输入端至少一端接低电平，另一端可以悬空、接高电平或接低电平；d）未用或门的两个输入端悬空或都接高电平。3-6如要实现图3-66所示各TL门电路输出端所示的逻辑关系，请分析电路输 入端的连接是否正确？若不正确，请予以改正。答：a）不正确。输入电阻过小，相当于接低电平，因此将50提高到至少2K。b)不正确。第三脚VC应该接低电平。c）不正确。万用表一般内阻大于2K，从而使输出结果0。因此多余输入端应接低电平，万用表只能测量A或B的输入电压。3-7（修改原题，图中横向电阻改为6k，纵向电阻改为3.5k,=30改为=80）为了提高TL与非门的带负载能力，可在其输出端接一个NP晶体管，组成如 图3-67所示的开关电路。当与非门输出高电平VOH=3.6V时，晶体管能为负载提供的最大电流是多少？答：如果输出高电平，则其输出电流为(3.6-0.7)/6=483uA，而与非门输出高电平时最大负载电流是400uA，因此最大电流LI(4000.7/3.5)8016m A=。 3-8如图3-68所示TL与非门，其多发射晶体管的基极电阻R1=2.8k，若在A输入端分别为5V、3.6V、0.6V、0.3V、0V的电压，试分析计算接到B输入端的电压表的读数是多少？输出电压vO是多少？答：（1）当输入5V时，表的电压读数为1.4V,vO=0V;（2）当输入3.6V时，表的电压读数为.,vO;（3）当输入0.6V时，表的电压读数为0.6V,v O=3.6V;（4）当输入0.3V时，表的电压读数为.3,vO;（5）当输入0V时，表的电压读数为0V,vO=3.6V;3-9用双线示波器观测到某TL与非门的输入信号v1和输出信号v0的波形如图69所示，试求此与非门的传输延迟时间t PHL、tPH和平均传输延迟时间tPD。答：tPHL=7ns，tPLH=10ns，tPD=8.5ns3-10为什么说T与非门的输入端悬空相当于接高电平？多余的输入端应如何处理？答：由于TL与非门输入端负载特性决定，当输入端悬空时，输出将为低电平，因此相当于接入高电平。因此多余的输入端悬空，或接高电平。3-1有TL与非门、或非门和三态门组成的电路如图3-70a所示，图b是各输 入端的输入波形，试画出F1和2的波形图。答：（1）当E为高电平时，缓冲器（三态门）输出为高阻，对应与非门与或非门的输入相当于悬空，而TL门悬空相当于输入高电平，因此12FB,0=。（2）当E为低电平时，缓冲器（三态门）输入同输入，输出为0，因此 12F,A=。3-12（修改原题，a）图中的PN管改为NP管）试分析图3-71所示3个逻辑电路的逻辑功能，列出其值表，写出其逻辑函数表达式，指出它们能完成的逻辑功能。 答：（a）图真值表AAF001101010 因此，F=A+A，电路实现“或非”运算功能。b）从图中可以看出，321A与321 A分别通过三个发射结实现“与”运算，然后进行“或非”运算，简化真值表如下表所示：321A321 AF00110 1010因此，123123F=A+AA，电路实现“与或非”运算功能。（c）图真值表ABF000 111010 因此，BAF+=，电路实现“异或”运算功能。3-13图3-72所示逻辑电路中，G1、2、3是OC门。负载电阻RL=2k，其输出低电平的输出特性如图b所示。负载门是T74H系列的与非门，其多发射极晶体管的基极电阻R1=2.8k，输入高电平漏电流IH=40A，OC门输出高电平的漏电流IOH=2A，VOHm in=3V，VOLm ax=0.4V。试求此“线与”输出能带二输入TL与非门多少个？答：OC门输出短接时可以实现“线与”功能，分析图中所示电路驱动双输 入与非门的数量（高为n），则需要分为输出高电平和低电平两种情况分析。(1)当“线与”端为高电平时，所有OC门均输出高电平，此时应满足如下不等式：CLOHminV-IRV其中： LOHIHI3I2nI=+COHm inOHLIHV53( 3I)100032R2n 122 40= =(2)当“线与”端为低电平时，考虑最坏情况，即只有一个OC门输出为低电平，此时应满足如下不等式： OLMAXILLOCILRLOL nIRVnIII +=+= m axCOLm axOLMAXILV50.4I 16R2n 91.5= =综合以上情况，图中“线与”输出最多能带9个二输入TL与非门。3-14图3-73所示3个CMOS门电路，为实现图中各输出端所示逻辑函数表达式的逻辑关系，多余输入端应如何处理？ 答：a)C端接低电平或与其他端并连使用。b)端接高电平或与其他端并连使用。c)C端接高电平或与其他端并连使用。3-15如图3-74所示逻辑电路，图中G1是TL三态输出与非门，G2是74系列TL与非门，电压表的量程为5V，内阻为100k。试问，在下列四种情况下电压表的读数以及G 2的输出电压v0各为多少？（1）vA=0.3V，开关S打开；（2）vA=0.3V，开关S闭合；（3）vA3.6V，开关打开；（4）vA3.6V，开关闭合。答：(1)电压表没有读数，vO=0.3V。(2)电压表读数1.4V，v O.3。(3)电压表读数0.3V，vO=0.3V。(4)电压表读数.3，vO3.6V。3-16由TL三态门和C门组成的逻辑电路如图3-75所示，试用内阻为20k/V的万用表测量图中A、B、共3点的电压，读数各为多少？答：A点电压：0.3V，点电压：0.1V,C点电压：10V。3-17当电源电压 D改变时，CMOS反相器的电压传输特性为什么会像图3-47所示那样变化，试分析说明其原理。答：由于CMOS器件工作时NOS和PMOS交替工作，输出不同电平时，总有一种管截止，从而使得输出电平接近于电源电压。以CMOS反相器为例，当输出高电平时，NOS管截止，PS管没有压降，其输出高电平就为电源供电电压，因此传输特性曲线随电源电压改变。从图中也可看出CS器件工作电压的范围要比TL宽。3-18在CMOS传输门G的输出端接电阻R L=1k，如图3-76所示，设TG的导通电阻为RTG，截止电阻大于109，求： （1）当C=1时，v0与1的关系；（2）0时，输出v0的状态如何？答：（1）LTGio Rv+=（2）v 0为高阻态。3-19将CMOS门电路的输入悬空，其输出状态如何？请说明其原理。答：输入端悬空，会受到感应信号干扰而误认为是有效输入信号，易出现错误的输出。3-20在CMOS门电路中，有时采用图3-77所示的方法扩展其输入端数，试分析图a和图b的逻辑功能，写出其输出F 1和2的逻辑表达式。答：ABCDEF=1 ,E+=23-21能否将题3-20所述的扩展CMOS门电路输入端数的方法，用来扩展TL门电路的输入端数？试简述其原理。答：不能。因为，当二极管与门输入低电平时，经过二极管后，输出低电平 会被抬高0.7V，可能会超过TL与非门的开门电平VON，TL与非门不能正常工作。同理，当二极管或门输入高电平时，经过二极管压降后，输出高电平会被降低0.7V，可能会低于TL或非门的输入关门电平OF，或非门则不能正常工作。3-22能够将两个CMOS与非门或者或非门的输出端直接并联连接使用，请说明其原因。答：不能。只有OC门、D门或者三态门的输出能够直接并联，其他门电路输出端不能直接连接，否则会提升输出低电平的电压值，也容易烧毁器件。 3-23试比较TL电路和CMOS门电路的优缺点。 答：1）TL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。2）电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。CMOS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，功耗越高，芯片越热。3）CMOS电路的锁定效应：CMOS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生 锁定效应时，CS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。3-24试说明在使用MO门电路时不宜将输入端悬空的理由。答：CMOS电路的输入阻抗非常高，很容易受到干扰，并且CMOS电路为场效应管，输入电压控制输出电流，悬空时容易出现静电等瞬时高压烧毁器件的现象，所以必须不用的输入端不能悬空，就根据器件功能进行相应的处理。3-25在做CMOS门电路的实验时发现，输入脉冲信号的频率越高，器件的温升越高，这种现象是否正常？试说明理由。 答：COS器件的总功耗包括静态功耗和动态功耗，当工作频率较高时，动态功耗远大于静态功耗，此时的静态功耗几乎可以忽略不计。当输入脉冲信号的频率越高，动态功耗越大，器件的温升越高，这种现象是正常的。