第3章_门电路 课后答案
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【解】当 V时，可求得
当 时，可求得
故 能驱动5个同样的与非门。
【题3.17】在图P3.17有74系列或非门组成的电路中，试求门 能驱动多少个同样的或非门。要求 输出的高、低电平满足 。或非门每个输入端的输入电流为 。 时输出电流的最大值为 时的输出电流的最大值为 ， 的输出电阻可忽略不计。
【解】当 时，可以求得
【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S闭合时，要求门电路的输入电压 当开关S断开时，要求门电路的输入电压 试求 和 的最大允许阻值。 为74LS系列TTL反相器，它们的高电平输入电流 低电平输入电流 。
【解】输出高电平时 。当iL=0时，vO=4.6V，如图A3.22所示。只有一个OC门输出管导通时，输出低电平为
【题3.23】计算图P3.23电路中上拉电阻 的阻值范围。其中 、 、 是74LS系列OC门，输出管截止时的漏电流 ，输出低电平 时允许的最大负载电流 。 、 、 为74LS系列与非门，它们的输入电流为 。OC门的输出高、低电平应满足 、 。
【解】
（a）
（b）
（c）
【题3.11】在图P3.11的三极管开关电路中,若输入信号 的高、低电平分别为 ,试计算在图中标注的参数下能否保证 时三极管饱和导通、 时三极管可靠地截止？三极管的饱和导通压降 ,饱和导通内阻 。如果参数配合不当，则在电源电压和 不变的情况下，应如何修改电路参数？
【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
【题3.13】试分析图P3.13中各电路的逻辑功能，写出输出逻辑函数式。
【解】
（a）
（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 能驱动多少同样的与非门。要求 输出的高，低电平满足 与非门的输入电流为 时输出电流最大值为 时输出电流最大值为 的输出电阻可忽略不计。
【解】（1）根据 的要求和TTL与非门的截止漏电流可求得 的最大允许值
（1）根据 及TTL与非门的最大负载电流可以求出 的最小允许值
故应取 。
【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；
【解】对74系列，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
已知74系列TTL与非门的RI为4kΩ，代入上式得到R=316Ω。而74H系列，74S系列的 为 ，代入上式得到 。
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：
故应取0.29kΩ<RB<30.7kΩ。
（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，并说明接口电路参数的选择是否合理。CMOS或非门的电源电压 ，空载输出的高、低电平分别为 、 ，门电路的输出电阻小于 。TTL与非门的高电平输入电流 ，低电平输入电流 。
【解】（1）CMOS或非门输出为高电平时，由图P3.27可得到
三极管临界饱和的基极电流为
可见， ，故三极管处于饱和导通状态， 。
（2）CMOS或非门输出为低wenku.baidu.com平时，三极管截止，因此得到
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。要求加到CMOS或非门输入端的电压满足 。给定电源电压 。
【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 ，二极管的正向导通压降为0.7V。
【解】
（a）
（b）
（c）
（d）
【题3.19】上题中使用的扩展方法能否用于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TTL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。
【解】
故应取 。
【题3.25】图P3.25是一个继电器线圈驱动电路。要求在 时三极管T截止，而 时三极管T饱和导通。已知OC门输出管截止时的漏电流 ，导通时允许流过的最大电流 ，管压降小于0.1V。三极管 ，继电器线圈内阻240 ，电源电压 ＝12V、 ， ， ，试求 的阻值范围。
【解】（1）根据 时三极管需饱和导通的要求，计算 的最大允许值。
（4）普通的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。
【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】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
。所以 。而 故 三极管处于饱和导通状态， 。
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 串联的形式，如图A3.1(c)所示。其中
。
若 则 三极管截止， 。
若 ，则 。可见 三极管饱和导通， 。
【解】这时相当于v12端经过一个100kΩ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？
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
Y
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
图3.2.6的负逻辑真值表
A
B
Y
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
【题3.5】已知CMOS门电路的电源电压 ，静态电源电流 ，输入信号为200 的方波（上升时间和下降时间可忽略不计），负载电容 ，功耗电容 ，试计算它的静态功耗、动态功耗、总功耗和电源平均电流。
【解】当S闭合时 被短路，故有
当S短开时，门电路的高电平输入电流流经 和 ，故得到
因此
【题3.22】 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，RL=1kΩ。OC门截止时输出管的漏电流IOH=200Ua。v1=VIH时OC门输出管饱和导通，在iL<ILM的范围内导通内阻小于20Ω。
【解】根据 时 的要求得
而根据 时 又可求得
故 最多可驱动20个同样的反向器。
【解】
静态功耗
动态功耗
总功耗
电源平均电流
【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 ，在负载电容 ，输入信号频率为500 的方波时的总功耗为1.56mW试计算该门电路的功耗电容的数值。
【解】
首先计算动态功耗
根据 得
【题3.7】试分析图P3.7中各电路的逻辑功能，写出输出逻辑函数式。
，
若 则 故三极管处于截止状态， 。
若 ，则 而临界饱和基极电流 。可见， 三极管不饱和，为了使三极管在 时能饱和导通，可以减小 的阻值或用 值更大的三极管。
【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 V，电路参数如图中所注。三极管的饱和导通压降 ,饱和导通内阻 。
由图A3.25（a）可知，此时应满足
故得 。
（2）根据 时三极管应截止，计算 的最小允许值。
由图A3.25（b）可知，这时 ， ，
故得 。
所以应取 。
【题3.26】在图P3.26（a）电路中已知三极管导通时 ，饱和压降 ，三极管的电流放大系数 。OC门 输出管截止时的漏电流约为 ，导通时允许的最大负载电流为16mA，输出低电平 。 均为74系列TTL电路，其中 为反相器， 和 是与非门， 是或非门，它们的输入特性如图P3.26（b）所示。试问
其中 为输入端SBD的导通压降，约为0.4V， ＝20 。
故得到 。
【题3.15】双极型数字集成电路有哪些类型？各有什么特点？
【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[题3.10]给出的五种状态时测得的 各等于多少？
【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。 端经电压表的内阻接地，故 ＝0。
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，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。
【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。要求 输出的高，低电平符合 。所有的反向器均为74LS系列TTL电路，输入电流 时输出电流的最大值 时输出电流的最大值为 的输出电阻可忽略不计。
（1）在三极管集电极输出的高、低电压满足 、 的条件下， 的取值范围有多大？
（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
故得到 。
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。
当 时，又可求得
故 能驱动5个同样的或非门。
【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51Ω电阻接地；
（5）v11经10kΩ电阻接地。
图中的与非门为74系列的TTL电路，万用电表使用5V量程，内阻为20kΩ/V。
当 时，可求得
故 能驱动5个同样的与非门。
【题3.17】在图P3.17有74系列或非门组成的电路中，试求门 能驱动多少个同样的或非门。要求 输出的高、低电平满足 。或非门每个输入端的输入电流为 。 时输出电流的最大值为 时的输出电流的最大值为 ， 的输出电阻可忽略不计。
【解】当 时，可以求得
【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S闭合时，要求门电路的输入电压 当开关S断开时，要求门电路的输入电压 试求 和 的最大允许阻值。 为74LS系列TTL反相器，它们的高电平输入电流 低电平输入电流 。
【解】输出高电平时 。当iL=0时，vO=4.6V，如图A3.22所示。只有一个OC门输出管导通时，输出低电平为
【题3.23】计算图P3.23电路中上拉电阻 的阻值范围。其中 、 、 是74LS系列OC门，输出管截止时的漏电流 ，输出低电平 时允许的最大负载电流 。 、 、 为74LS系列与非门，它们的输入电流为 。OC门的输出高、低电平应满足 、 。
【解】
（a）
（b）
（c）
【题3.11】在图P3.11的三极管开关电路中,若输入信号 的高、低电平分别为 ,试计算在图中标注的参数下能否保证 时三极管饱和导通、 时三极管可靠地截止？三极管的饱和导通压降 ,饱和导通内阻 。如果参数配合不当，则在电源电压和 不变的情况下，应如何修改电路参数？
【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
【题3.13】试分析图P3.13中各电路的逻辑功能，写出输出逻辑函数式。
【解】
（a）
（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 能驱动多少同样的与非门。要求 输出的高，低电平满足 与非门的输入电流为 时输出电流最大值为 时输出电流最大值为 的输出电阻可忽略不计。
【解】（1）根据 的要求和TTL与非门的截止漏电流可求得 的最大允许值
（1）根据 及TTL与非门的最大负载电流可以求出 的最小允许值
故应取 。
【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；
【解】对74系列，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
已知74系列TTL与非门的RI为4kΩ，代入上式得到R=316Ω。而74H系列，74S系列的 为 ，代入上式得到 。
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：
故应取0.29kΩ<RB<30.7kΩ。
（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，并说明接口电路参数的选择是否合理。CMOS或非门的电源电压 ，空载输出的高、低电平分别为 、 ，门电路的输出电阻小于 。TTL与非门的高电平输入电流 ，低电平输入电流 。
【解】（1）CMOS或非门输出为高电平时，由图P3.27可得到
三极管临界饱和的基极电流为
可见， ，故三极管处于饱和导通状态， 。
（2）CMOS或非门输出为低wenku.baidu.com平时，三极管截止，因此得到
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。要求加到CMOS或非门输入端的电压满足 。给定电源电压 。
【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 ，二极管的正向导通压降为0.7V。
【解】
（a）
（b）
（c）
（d）
【题3.19】上题中使用的扩展方法能否用于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TTL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。
【解】
故应取 。
【题3.25】图P3.25是一个继电器线圈驱动电路。要求在 时三极管T截止，而 时三极管T饱和导通。已知OC门输出管截止时的漏电流 ，导通时允许流过的最大电流 ，管压降小于0.1V。三极管 ，继电器线圈内阻240 ，电源电压 ＝12V、 ， ， ，试求 的阻值范围。
【解】（1）根据 时三极管需饱和导通的要求，计算 的最大允许值。
（4）普通的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。
【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】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
。所以 。而 故 三极管处于饱和导通状态， 。
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 串联的形式，如图A3.1(c)所示。其中
。
若 则 三极管截止， 。
若 ，则 。可见 三极管饱和导通， 。
【解】这时相当于v12端经过一个100kΩ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？
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
Y
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
图3.2.6的负逻辑真值表
A
B
Y
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
【题3.5】已知CMOS门电路的电源电压 ，静态电源电流 ，输入信号为200 的方波（上升时间和下降时间可忽略不计），负载电容 ，功耗电容 ，试计算它的静态功耗、动态功耗、总功耗和电源平均电流。
【解】当S闭合时 被短路，故有
当S短开时，门电路的高电平输入电流流经 和 ，故得到
因此
【题3.22】 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，RL=1kΩ。OC门截止时输出管的漏电流IOH=200Ua。v1=VIH时OC门输出管饱和导通，在iL<ILM的范围内导通内阻小于20Ω。
【解】根据 时 的要求得
而根据 时 又可求得
故 最多可驱动20个同样的反向器。
【解】
静态功耗
动态功耗
总功耗
电源平均电流
【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 ，在负载电容 ，输入信号频率为500 的方波时的总功耗为1.56mW试计算该门电路的功耗电容的数值。
【解】
首先计算动态功耗
根据 得
【题3.7】试分析图P3.7中各电路的逻辑功能，写出输出逻辑函数式。
，
若 则 故三极管处于截止状态， 。
若 ，则 而临界饱和基极电流 。可见， 三极管不饱和，为了使三极管在 时能饱和导通，可以减小 的阻值或用 值更大的三极管。
【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 V，电路参数如图中所注。三极管的饱和导通压降 ,饱和导通内阻 。
由图A3.25（a）可知，此时应满足
故得 。
（2）根据 时三极管应截止，计算 的最小允许值。
由图A3.25（b）可知，这时 ， ，
故得 。
所以应取 。
【题3.26】在图P3.26（a）电路中已知三极管导通时 ，饱和压降 ，三极管的电流放大系数 。OC门 输出管截止时的漏电流约为 ，导通时允许的最大负载电流为16mA，输出低电平 。 均为74系列TTL电路，其中 为反相器， 和 是与非门， 是或非门，它们的输入特性如图P3.26（b）所示。试问
其中 为输入端SBD的导通压降，约为0.4V， ＝20 。
故得到 。
【题3.15】双极型数字集成电路有哪些类型？各有什么特点？
【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[题3.10]给出的五种状态时测得的 各等于多少？
【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。 端经电压表的内阻接地，故 ＝0。
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，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。
【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。要求 输出的高，低电平符合 。所有的反向器均为74LS系列TTL电路，输入电流 时输出电流的最大值 时输出电流的最大值为 的输出电阻可忽略不计。
（1）在三极管集电极输出的高、低电压满足 、 的条件下， 的取值范围有多大？
（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
故得到 。
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。
当 时，又可求得
故 能驱动5个同样的或非门。
【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51Ω电阻接地；
（5）v11经10kΩ电阻接地。
图中的与非门为74系列的TTL电路，万用电表使用5V量程，内阻为20kΩ/V。