第二章门电路习题全解

只是10k电阻上和20k电阻上各自的电流值不同）。
题2-16 若将图2-71中的门电路改为CMOS与非门，试说 明当为题2-15给出的五种状态时测得 的各等于多少?
解：因为CMOS门在输入工作电压（0~VDD）时， 输入端电流为0，所以万用表的等效内阻（20K ）
压降为0，则给出的五种状态时测得的I2 均为0V。
低电平,每个门只消耗一倍的 I IL ,与后面每个门的输入端个数无关）
考虑同时满足两种情况:TTL与非门能驱动同类门个数 N=5
题2-13 如上题，其他条件相同，在图2-70所示的由74系列 TTL或非门组成的电路中，或非门每个输入端的输入电流
为 I IL ≤－1.6mA I IH ≤ 40A 计算门 GM 能驱动
2）当CMOS输出 VOL 0.05V 时,需计算接口电路三极管是否截止，输出 C
是否为高电平：显然 CMOS输出 VOL 0.05V 时，接口电路三极管截止。
5 3.2 (3100 6 20)103
4.3K
RL (min)
VCC VOL IOL(max) 3 I Il
5 0.4 8 3 0.4
0.7K
题2-19 计算图2-74所示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.三极管的电流放大系数 40 ,饱和导 通压降 VCE(sat) 0.1V .CMOS或非门的电源电压VDD =5V，空载输出的
的电阻到地相当于接低电平。
题2-6 为什么说TTL反相器的输入端在以下4种接法下都属于逻辑1？ (1)输入端悬空。 (2)输入端接高于2V的电源。 (3)输入端接同类门的输出高电压3.6V。
(4)输入端接10k 的电阻到地。
解：(1) 如果输入端A悬空，由下图TTL反相器电路可见，反相器 各点的电位将和A端接高电平的情况相同，输出也为低电 平。所以说TTL反相器的输入端悬空相当于接高电平。
允许的最大负载电流IOL(max) 8mA。G4 、G5、G6为74LS系列与非门，它们的输入
电流为 IIL ≤0.4mA、IIH ≤20 A。给定VCC 5V，要求OC门的输出高、低电平
应满足VOH≥ 3.2V, VOL ≤0.4V。
图 2-73
解： RL (max)
VCC VOH 3 ICEO 6 I IH
高开关速度通常要减轻三极管饱和深度。
题2-2 试写出三极管的饱和条件，并说明对于题图2-62的电 路，下列方法中，哪些能使未达到饱和的三极管饱和.
解：三极管的饱和判断条件为 iB IBS
iB
6 VBE Rb
iBS
VCC VCES
RC
所以，能使未达到饱和的三极管饱和的方法：
R b
题2-3 电路如图2-63所示，其三极管为硅管，
(a) Y1 ( AB)g(CD) (b) Y2 ( AB) (c) Y3 ( AB C )
VCC
√
A
A
B
Y1
B
C
Y3
C D
( a)
（c ）
解：原图(a)(c)有错误： （a）图的普通TTL 门不可输出端“线与”连接， TTL门只有OC门可输出端线与连接； （b）能实现；
（c）图原来不能实现；原图需作如下修改：
每个或非门消耗的电流和该门的输入端个数相关）
考虑同时满足两种情况:TTL与非门能驱动同类门个数 N=5
题2-14 设发光二极管的正向导通电流为10mA，与非门的 电 源电压为5V，输出低电平为0.2V，输出低电平电流为 16mA，试画出与非门驱动发光二极管的电路，并计算出 发光二极管支路中的限流电阻阻值。
多少同样的或非门。
。
解：分两种情况讨论：
GM 输出的高电平 VOH 时：
GM
N1
IOH max) 2 I IH
0.4 2 0.04
5
输出的低电平 VOL 时： N2
IOLmax) 2 IIL
16 2 1.6
5
（注释：GM 输出的低电平 VOL 时,后面驱动的或非门就输入
了低电平，每个门的每个输入端都消耗一倍的 I IL
=20，试求：
（1） I 小于何值时，三极管T截止； （2） I 大于何值时，三极管T饱和；
解： (1) 设三极管T的开启电压VBE=0.5V， 则VB<0.5V三极管截止，有：
VB
VI
VI VBB R1 R2
R1
<0.5V ,代人已知数值得：VI
2.6V
因此 VI 2.6V 时，三极管T截止。
(2) 根据三极管T饱和条件： I B I BS
VI
0.7
0.7 VBB
VCC
0.7
R1
R2
RC
代人已知数值得：VI 4.7V
因此 VI 4.7V 时，三极管T饱和。
题2-4 电路如图2-64所示：
（1）已知 VCC=6V，VCES =0.2V，ICS =10mA，求电阻 RC 的值。
需计算接口电路三极管是否饱和，输出 C 是否为低电平：
IB
VOH VBE RB 0.2
4.95 0.7 10.2
0.4(mA)
C
VOH
200
CMOS内部
I BS
(VCC
VCE (sat ) RC
6 IIL )
(5 0.1 61.6) 2
40 0.3(mA)
I B I BS 三极管能够饱和，所以 C 输出低电平。
R4 VCC
130
3
T2 4
R1 4K
iB1
D2 Y
VI1 V I2
T1
T5
51
V 20K
3
R2 1.6K
1
T2
R3 1K
R4 VCC
130
3
T2 4
D2 Y
T5
（a）
( b)
解：根据TTL 门电路输入端负载特性和TTL 与非门的逻
辑功能解题。
（1） I1悬空时：图2-71的等效电路如图(a)所示， I1悬空的 端连接的发射结不导通，只有 I2端的发射结导通，总电路
A
B
Y
C D
题2-10 分析题图2-67所示电路，求输入S1 、S0各种取值下的输 出Y，填入
题表 2-10中。
解：
表2-10
输 入 输出
注释
S1 S0 Y
0 0 B 0 1 A 1 0 C
1 1 A
EN1 EN2 EN3
01
1
10
1
00
0
10
1
2.11 在题图2-68所示的TTL门电路中，要实现下列规定的逻辑 功能时，其连接有无错误？如有错误请改正。
高、低电平分别为VOH 4.95V 、VOL 0.05V ，门电路的输出电阻小于
200 ，高电平输出电流的最大值和低电平输出电流的最大值均为4mA。
TTL或非门的高电平输入电流，低电平输入电流
IIL 16mA
题2-74
。
解：验证接口电路是否合理就是检验接口电路输入低电平时，输出
是否为高电平；输入高电平时，输出 C 是否为低电平。分析如下： 1）当CMOS输出VOH 4.95V 时,接口电路的输入等效电路如下图，
习题与思考题
题2-1 三极管的开关特性指的是什么？什么是三极管的 开通时间和关断时间？若希望提高三极管的开关速度， 应采取哪些措施？
解：三极管在快速变化的脉冲信号的作用下，其状态在截止与饱和导 通之间转换，三极管输出信号随输入信号变化的动态过程称开关特性。
ton 开通时间是指三极管由反向截止转为正向导通所需时间，即开启时间
题2-17 试分析图2-72中各电路的逻辑功能，写出输出的 逻辑函数式。
（a） 解：(a)
(b)
(b)
Y ((ABC)) ( A B C) Y ((A B C)) A B C
题系2列-的18OC计门算，图输2出-7管3电截路止中时上的拉漏电电阻流RLI的CEO阻≤值10范0围A。，其输中出G低1 电、G平2 、VOG≤L 3是0.47V4时LS
流最大值为 IOH (max) －0.4mA。GM 的输出电阻可忽略不计。
解：分两种情况讨论：
GM 输出的高电平 VOH 时：
N1
IOH max) 2 I IH
0.4 5 2 0.04
GM 输出的低电平 VOL 时：
N2
IOLmax) I IL
16 1.6
10
图2- 69
（注释：GM 输出的低电平 VOL 时，后面驱动的与非门就输入了
(1)输入端接地。 (2)输入端接低于0.8V的电源。 (3)输入端接同类门的输出低电压0.2V。
(4)输入端接200 的电阻到地。
解： （2）因为TTL 反相器VIL(max)=0.8V,相当于输入低电平。
（4）因为TTL反相器接的输入端负载
200 < ROFF (700)
则TTL反相器输出为高电平，所以输入端接200
VCC
A
B
Y1
C
D
( a)
A
B
C
Y3
（c ）
题2-12 在图2-69所示的由74系列TTL与非门组成的电路中，计算 GM
门能驱动多少同样的与非门。要求 GM 输出的高、低电平满足VOH ≥ 3.2V, VOL≤0.4V。与非门的输入电流为 IIL≤－1.6mA， I≤IH40uA。 VOL ≤0.4V时输出电流最大值为 = IOL(max) 16mA ， VOH≥3.2V 时输出电
解：二极管驱动电路如下图，设光电二极管导通电压为 0.7V,为了满足电流要求，则限流电阻R应满足下面不等式：
10 5 0.2 0.7 16 R
5V
得到： 0.27K R 0.41K
R
D
A
B
Y
题2-15 试说明在下列情况下，用万用表测量图2-71中的端得
到的电压各 I2 为多少：
（1） （2）
解：根据TTL反相器电路输入端负载特性：关门电阻 Roff =0.7kΩ 开门电阻 Ron =2.0kΩ 同时考虑图中各逻辑门的功能特点:
Y1 0
Y2 1
Y3 1
Y4 0
Y5 0
Y7 1
Y6 Z Y8 0
题2-8 说明图2-66中各门电路的输出是高电平还是低电 平。已知它们都是74HC系列的CMOS电路。
（2）已知三极管的 =50，VBE =0.7V，输入高电平 VIH=2V
当电路处于 临界饱和时，Rb 的值应是多少。
（1） ICS
VCC VCES RC
10
代人已知数值得 RC 0.58K
(2) 临界饱和时 I B I BS 有
VIH 0.7 ICS ，得
Rb
Rb 6.5K
题2-5 为什么说TTL反相器的输入端在以下4种接法下都属于逻辑0？
I1 I1
悬空； 接低电平（0.2V）；
（3）I1 接高电平（3.2V）；
（4）I1 经51电阻接地；
（5）I1 经10k电阻接地。
图中的与非门为74系列的TTL电路，万用表使用5V量程， 内阻为20 k/V.
图2-71
1 1
R1 4K
iB1
VI1
V I2
T1
V 20K
3
R2 1.பைடு நூலகம்K
1
T2
R3 1K
（2）因为TTL反相器 VIHmin =2.0V，输入端接高于2V的电 源相当于输入高电平。(此时反相器输出低电平）
（4）因为TTL反相器接的输入端负载 10K > RON (2K)
则TTL反相器输出低电平。所以输入端接 10K 的电阻到地相当于接高电平。
题2-7 指出图2-65中各门电路的输出是什么状态（高电平、低 电平或高阻态）。已知这些门电路都是74系列的TTL电路。
等同一个反相器。万用表相当一个20k 以上的大电阻接
在 和地之间。因为20k >（2.0kΩ），根据反相器输入端
负载特性，I2则 =1.4V。
（2）I1 接低电平（0.2V）时：连接 I1端的发射结导通，VB1 被箝位在0.9V,此时接端 I2的发射结也导通，发射结压降 0.7V，因此I2 =0.2V。
（3）I1接高电平（3.2V）：情况同（1），则 I2 =1.4V。
（4）I1经51 电阻接地：图2-71的等效电路如图(b)所示,由图
可由下式求得的I1 电压值：
I1
51 R1 51
(VCC
VBE
)
求得I1 =0.05V,则 I2 =0.05V
（5）I1 经10k电阻接地：则 I2 =1.4V（此时I1 也为1.4V，
解：根据CMOS门在输入正常工作电压0~VDD时，输入端 的电流为“0”的特点，则接输入端电阻时，电阻两端几 乎没有压降值。答案如下：
Y1 1
Y2 1
Y3 0
图2-66
Y4 0
题2-9 用OC门实现逻辑函数 Y ( AB) (BC) D
画出逻辑电路图。
解：逻辑图如下： V CC
R L
（是三极管发射结由宽变窄及基区建立电荷所需时间）
t off 关断时间是指三极管由正向导通转为反向截止所需的时间，即关闭时间
（主要是清除三极管内存储电荷的时间）
三级管的开启时间和关闭时间总称为三极管的开关时间，提高开关速 度就是减小开关时间。因为有
toff ton ts t f
因此 t S 的大小是决定三极管开关时间的主要参数。所以为提