第3章-门电路-课后答案

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的负逻辑真值表图3.2.6的负逻辑真值表【题 3.5】已知CMOS 门电路的电源电压5DD V V =，静态电源电流2DD I A μ=，输入信号为200Z KH 的方波（上升时间和下降时间可忽略不计），负载电容200L C pF =，功耗电容20pd C pF =，试计算它的静态功耗、动态功耗、总功耗和电源平均电流。

【解】静态功耗 621050.01S DD DD P I V mW mW -==⨯⨯=动态功耗()()2125220********* 1.10D L pd DD P C C fV mW mW -=+=+⨯⨯⨯⨯=总功耗 0.01 1.10 1.11TOT S D P P P mW =+=+= 电源平均电流 1.110.225TOT DD DDP I mA mA V === 【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5A μ，在负载电容100L C pF 为，输入信号频率为500Z KH 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()31.565510 1.54D TOT STOT DD DDP P P P I V mW mW-=-=-=-⨯⨯≈根据()2D L pd DD P C C fV =+得3122521.541010010135105Dpd L DD P C C F pF fV --⎛⎫⨯=-=-⨯≈ ⎪⨯⨯⎝⎭【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。

AB CDD YV DDY（b）AA BDC INHV DDY图P3.7【解】（a ）Y A B C =++ （b ）Y A B C =•• （c ）Y AB CD INH =+•【题3.11】 在图P3.11的三极管开关电路中,若输入信号I v 的高、低电平分别为50IH IL V V V V ==、,试计算在图中标注的参数下能否保证I IH v V =时三极管饱和导通、I IL v V =时三极管可靠地截止？三极管的饱和导通压降()0.1CE sat V V =,饱和导通内阻()20CE sat R =Ω。

如果参数配合不当，则在电源电压和C R 不变的情况下，应如何修改电路参数？-10V +10V图P3.11ov Iv【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Ev 和等效电阻E R 串联的回路，如图A3.11(a)所示。

其中10 5.118 5.1I E I v v v +=-⨯+，18 5.13.9718 5.1E R K K ⨯=Ω=Ω+若10,v V =则 2.2,E v V =-故三极管处于截止状态，010v V =。

若15v V =，则 1.690.71.69,0.25,3.97E BE E B E v V v V i mA mA R --====而临界饱和基极电流()()()()100.10.323010.02CC CE sat BS C CE sat V v I mA R R β--===⨯++。

可见，,B BS i I <三极管不饱和，为了使三极管在5I v V =时能饱和导通，可以减小1R 的阻值或用β值更大的三极管。

图A3.11(a)beV Ebe5.1K ΩIv ER【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0v 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0.7BE v ≈V ，电路参数如图中所注。

三极管的饱和导通压降()0.1CE sat V V =,饱和导通内阻()20CE sat R =Ω。

-8V 图P3.12v Ov【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E V 和E R 串联的单回路，如图A3.12(b)所示。

其中5818(3 4.7)5(3 4.7) 1.1, 5.43 4.71818 4.73E E V V V R K K +⨯+=-⨯+==Ω=Ω++++。

所以 1.10.70.0745.4B i mA mA -==。

而()()()()50.10.0495020.02CC CE sat BS C CE sat V v I mA R R β--===⨯++ 故 ,B BS i I 〉三极管处于饱和导通状态，00.1CES V V V =≈。

图A3.12(a)beV EbeER 3K当输入端接有1V 时，仍将接至基极与发射极间的外电路简化为E V 与E R 串联的形式，如图A3.1(c)所示。

其中8 4.7184.7, 3.74.718 4.718I E I E v V v R K K +⨯=-⨯=Ω=Ω++。

若10,V V =则 1.66,E V V =-三极管截止，05V V =。

若15V V =，则 2.30.72.3,0.433.7E B V V i mA mA -===。

可见 ,B BS i I 〉 三极管饱和导通，00.1CES V V V =≈。

图A3.12(c)beV EbeER v【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。

CCAB(a)Y(b)ABYV CC(c)1212(1)(0)A G G Y G G ⎧+=⎪=⎨⎪+=⎩AGG V CCY(d)图P3.13【解】（a ） Y A B =• （b ）Y A B =+（c ）Y A B =+ （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M G 能驱动多少同样的与非门。

要求M G 输出的高，低电平满足 3.2,0.4OHOL VV V V ≥≤。

与非门的输入电流为111.6,40L H I mA I A μ≤-≤≤OL 。

V 0.4V 时输出电流最大值为(max)16, 3.2OL OH I mA V V=≥时输出电流最大值为(max)0.4OH M I mA G =-n 的输出电阻可忽略不计。

【解】 当00.4OL V V ==V 时，可求得()116101.6OL mas LI n I ≤== 当 3.2O OH V V V ==时，可求得()10.4'5220.4OH mas HI n I ≤==⨯故M G 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M G 能驱动多少个同样的或非门。

要求M G 输出的高、低电平满足3.2,0.4OH OL V V V V ≥≤。

或非门每个输入端的输入电流为1.6,40IL IH I mA V A μ≤-≤。

0.4OL V V ≤时输出电流的最大值为()16, 3.2OL mas OH I mA V V =≥时的输出电流的最大值为(max)0.4OH I mA =-，M G 的输出电阻可忽略不计。

【解】 当0.4O OL V V V ==时，可以求得(max)16522 1.6OL ILI n I ≤==⨯当 3.2O OH V V V ==时，又可求得(max)0.4'5220.04OH IHI n I ≤==⨯故M G 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V 12端得到的电压各为多少：图P3.16图P3.17（1） v 11悬空； （2） v 11低电平（0.2 V ）；（3） v 11高电平（3.2V ）；（4） v 11经51 Ω电阻接地；（5） v 11经10 kΩ 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20 kΩ /V 。

【解】 这时相当于v 12 端经过一个100 kΩ 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） v 12 ≈ 1.4V （2） v 12 ≈ 0.2V （3） v 12 ≈ 1.4V （4） v 12 ≈ 0 V （5） v 12 ≈ 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v 12各为多少？【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v 12 始终为1.4V 。

【题3.21】 在图P3.21 电路中12,R R 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10.4;L V V ≤当开关S 断开时，要求门电路的输入电压14,H V V ≥试求1R 和2R 的最大允许阻值。

15~G G 为74LS 系列TTL 反相器，它们的高电平输入电流120,H I A μ≤ 低电平输入电流10.4L I mA ≤-。

【解】当S 闭合时1R 被短路，故有12()10.40.2550.4L mas L V R K K I ==Ω=Ω⨯ 当S 短开时，门电路的高电平输入电流流经1R 和2R ，故得到112max 154()10550.02CC H H V V R R K K I --+==Ω=Ω⨯因此1()(100.2)9.8mas R K K =-Ω=Ωv 图P3.18S图P3.21【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V CC =5V ，R L =1 kΩ。

OC 门截止时输出管的漏电流I OH =200Ua 。

v 1=V IH 时OC 门输出管饱和导通，在i L <I LM 的范围内导通内阻小于20 Ω。

【解】 输出高电平时0(2)CC OH L L v V I i R =-+。

当i L =0时，v O =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020()CC OLL LV V v i R -=+OV V 图P3.221/i mA图A2.12【题3.23】 计算图P3.23电路中上拉电阻L R 的阻值范围。

其中1G 、2G 、3G 是74LS 系列OC 门，输出管截止时的漏电流100OH I A μ≤，输出低电平0.4OL V V ≤时允许的最大负载电流8LM I mA =。

4G 、5G 、6G 为74LS 系列与非门，它们的输入电流为0.4,20IL IH I mA I A μ≤≤。

OC 门的输出高、低电平应满足 3.2OH V V ≥、0.4OL V V ≤。

【解】(max)5 3.253330.130.02CC OH L OH IH V V R K K I I --==Ω=Ω+⨯+⨯(min)50.40.683830.4CC OL L OL IL V V R K K I I --==Ω=Ω--⨯故应取0.685L K R K Ω<<Ω。