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 6
21050.01S DD DD P I V mW mW -==??=
动态功耗
()()2
125220********* 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 1.11
0.225
TOT DD DD
P 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 S
TOT DD DD
P P P P I V mW mW
-=-=-=-??≈
根据()
2D L pd DD P C C fV =+得
312252
1.541010010135105D
pd 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。
A
B C
DD Y
V DD
Y
（b）
A
A B
D
C INH
V DD
Y
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P3.11
o
v I
v
【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E
v 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 5.1
3.9718 5.1
E 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 1.690.7
1.69,0.25,3.97
E BE E B E v V v V i mA mA R --==
==而临界饱和基极电流()
()
()
()
100.1
0.323010.02CC 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)
b
e
V E
b
e
5.1K Ω
I
v E
R
【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
P3.12
v O
v
【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 4.73
E E V V V R K K +?+=-
?+==Ω=Ω
++++。所以 1.10.70.0745.4
B 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)
b
e
V E
b
e
E
R 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 4.718
4.7, 3.74.718 4.718
I 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 2.30.7
2.3,0.43
3.7
E 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)
b
e
V E
b
e
E
R 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。
CC
A
B
(a)
Y
(b)
A
B
Y
V CC
(c)
第三章集成逻辑门电路 一、选择题 1。三态门输出高阻状态时,（）是正确的说法。 A.用电压表测量指针不动Ｂ．相当于悬空 C.电压不高不低 D.测量电阻指针不动 2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有（ ). A。与非门B．三态输出门 C.集电极开路门Ｄ。漏极开路门 ３。以下电路中常用于总线应用的有（ )。 A．TSＬ门 B。OC门 Ｃ．漏极开路门Ｄ.CMOS与非门 4。逻辑表达式Y＝AB可以用（）实现。 A.正或门 B.正非门 C。正与门D。负或门 5.TTL电路在正逻辑系统中，以下各种输入中( ）相当于输入逻辑“1”。 A.悬空 B。通过电阻２.7kΩ接电源 Ｃ.通过电阻2．７ｋΩ接地Ｄ．通过电阻5１0Ω接地 6．对于TTL与非门闲置输入端的处理，可以( ）。 Ａ。接电源 B.通过电阻3ｋΩ接电源 C.接地 D.与有用输入端并联 ７．要使TＴL与非门工作在转折区，可使输入端对地外接电阻RI( ). Ａ.＞ＲON B。＜ROFＦ C。RＯFF＜RI 3 逻辑门电路 3.1 MOS 逻辑门电路 3.1.2 求下列情况下TTL 逻辑门的扇出数：（1）74LS 门驱动同类门；（2）74LS 门驱动74ALS 系列TTL 门。 解：首先分别求出拉电流工作时的扇出数N OH 和灌电流工作时的扇出数N OL ，两者中的最小值即为扇出数。 从附录A 可查得74LS 系列电流参数的数值为I OH =0.4mA ，I OL =8mA ，I IH =0.02mA,I IL =0.4mA ；74ALS 系列输入电流参数的数值为I IH =0.02mA ，I IL =0.1mA ，其实省略了表示电流流向的符号。 （1） 根据（3.1.4）和式（3.1.5）计算扇出数 74LS 系列驱动同类门时，输出为高电平的扇出数 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 输出为低电平的扇出数 8200.4OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动同类门时的扇出数N O 为20。 （2） 同理可计算出74LS 系列驱动74ALS 系列时，有 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 8800.1OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动74ALS 系列时的扇出数N O 为20。 3.1.4 已知图题3.1.4所示各MOSFET 管的 T V =2V ，忽略电阻上的压降，试确定其工作状态（导通或截止）。 解：图题3.1.4（a ）和（c ）的N 沟道增强型MOS ，图题3.1.4（b ）和（d ）为P 沟道增强型MOS 。N 沟道增强型MOS 管得开启电压V T 为正。当GS V ＜V T 时，MOS 管处于截止状态；当GS V ≥V T ，且DS v ≥（GS V —V T ）时，MOS 管处于饱和导通状态。 对于图题3.1.4（a ），GS V =5V ，DS v =5V ，可以判断该MOS 管处于饱和导通状态。对于图题 第三章逻辑门电路 u逻辑门电路的一般特性 u半导体二极管及其基本电路（模拟第三章） u半导体三极管BJT（模拟4.1） u MOS管（模拟5.1） u 基本逻辑门电路 u MOS逻辑门电路 u TTL逻辑门电路 u正负逻辑的概念 u逻辑门电路使用中的几个实际问题 本章的重点：一般特性；各种器件及门电路的外部特性。 内部工作原理作为了解内容。 条输入信号满足一定条件时，门开启， 开门状态：一、什么是门电路？——用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。（门电路是数字电路最为基本的逻辑单元） §3.1逻辑门电路的一般特性 件开关 允许信号通过。 关门状态：输入信号条件不满足，门关闭， 信号通不过。 与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。 门 因此门电路的输出和输入之间存在着一定的逻辑关系。不同的门电路，输出与输入之间的逻辑关系也不同，如： 二、数字集成电路的分类 1.按工艺结构区分： ?54/74系列?54H/74H 系列?54LS/74LS 系列TTL 电路逻辑门电路的一般特性 ?54AS/74AS 系列?54ALS/74ALS 系列IIL 电路ECL 电路HTL 电路CMOS 电路NMOS 电路PMOS 电路 BiMOS 型 MOS 型双极型 ?54HC/74HC 系列?54HCT/74HCT 系列?4000系列 ?54LVC/74LVC 系列 ?54VHC/74VHC 系列 各种系列逻辑门: 1）74TTL / 54TTL 标准TTL 2）74HTTL / 54HTTL 高速TTL 3）74STTL / 54STTL 肖特基TTL 4）74LSTTL / 54LSTTL 低功耗肖特基 TTL 10mW/ 10ns 22mW/ 6ns 19mW/ 3ns 2mW/ 9.5ns 5）74ALSTTL / 54ALSTTL 先进低功耗肖特基TTL 6）74ASTTL / 54ASTTL 先进肖特基TTL 7）74FTTL / 54FTTL 快速TTL 1mW/ 3.5ns 8mW/ 3ns 4mW/ 3.4ns 8）CC4×××× 标准CMOS 9）74HC / 54HC 高速CMOS 10）74HCT / 54HCT 与TTL 逻辑电平兼容的HC 第3章-门电路-课后答案 - 2 - 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、 - 3 - 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 ()()2 12 5 2 20020102105 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 1.11 0.225 TOT DD DD P 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 S TOT DD DD P P P P I V mW mW -=-=-=-??≈ 根据()2 D L pd DD P C C fV =+得 312252 1.541010010135105D pd L DD P C C F pF fV --???= -=-?≈ ????? 第三章组合逻辑电路 第一节重点与难点 一、重点： 1.组合电路的基本概念 组合电路的信号特点、电路结构特点以及逻辑功能特点。 2.组合电路的分析与设计 组合电路分析是根据已知逻辑图说明电路实现的逻辑功能。 组合电路设计是根据给定设计要求及选用的器件进行设计，画出逻辑图。如果选用小规模集成电路SSI，设计方法比较规范且容易理解，用SSI设计是读者应掌握的最基本设计方法。由于设计电路由门电路组成，所以使用门的数量较多，集成度低。 若用中规模集成电路MSI进行设计，没有固定的规则，方法较灵活。 无论是用SSI或MSI设计电路，关键是将实际的设计要求转换为一个逻辑问题，即将文字描述的要求变成一个逻辑函数表达式。 3.常用中规模集成电路的应用 常用中规模集成电路有加法器、比较器、编码器、译码器、数据选择器和数据分配器等，重要的是理解外部引脚功能，能在电路设计时灵活应用。 4.竞争冒险现象 竞争冒险现象的产生原因、判断是否存在竞争冒险现象以及如何消除。 二、难点： 无论是用SSI还是用MSI设计电路，首先碰到的是如何将设计要求转换为逻辑问题，得到明确的真值表，这一步既是重点又是难点。总结解决这一难点的方法如下： （1）分析设计问题的因果关系，分别确定输入变量、输出变量的个数及其名称。 （2）定义逻辑变量0、1信号的含义。无论输入变量、输出变量均有两个状态0、1，这两个状态代表的含义由设计者自己定义。 （3）再根据设计问题的因果关系以及变量定义，列出真值表。 2.常用组合电路模块的灵活应用 同样的设计要求，用MSI设计完成后，所得的逻辑电路不仅与所选芯片有关，而且还与设计者对芯片的理解及灵活应用能力有关。读者可在下面的例题和习题中体会。 3.硬件描述语言VHDL的应用 VHDL的应用非常灵活，同一个电路问题可以有不同的描述方法，初学者可以先仔细阅读已有的程序实例，再自行设计。 三、考核题型与考核重点 1.概念与简答 题型1为填空、判断和选择； 题型2为叙述基本概念与特点。 建议分配的分数为3～6分。 2.综合分析与设计 题型1为根据已知电路分析逻辑功能； 题型2为根据给定的逻辑问题，设计出满足要求的逻辑电路。 建议分配的分数为6～12分。 第二节思考题题解 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 6 21050.01S D D D D P I V m W m W -==??= 动态功耗 ()()2125220020102105 1.10D L pd DD P C C fV mW mW -=+=+????= 总功耗 0.01 1.10 1.11T O T S D P P P m W =+=+= 电源平均电流 1.11 0.225 TOT DD DD P 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 S TOT DD DD P P P P I V mW mW -=-=-=-??≈ 根据() 2 D L pd DD P C C fV =+得 312252 1.541010010135105D pd 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。 A B C DD Y V DD Y （b） A 第2章 逻辑门电路 2.1解题指导 【例2-1】 试用74LS 系列逻辑门，驱动一只V D =1.5V ，I D =6mA 的发光二极管。 解：74LS 系列与之对应的是T4000系列。与非门74LS00的I OL 为4mA ，不能驱动I D =6mA 的发光二极管。集电极开路与非门74LS01的I OL 为6mA ，故可选用74LS01来驱动发光二极管，其电路如图所示。限流电阻R 为 Ω =--=--=k V V V R OL D CC 5.065.05.156 【例2-2】 试分析图2-2所示电路的逻辑功能。 解：由模拟开关的功能知：当A =1时，开关接通。传输门导通时，其导通电阻小于1k Ω，1k Ω与200k Ω电阻分压，输出电平近似为0V 。 而A =0时，开关断开，呈高阻态。109Ω以上的电阻与200k Ω电阻分压，输出电平近似为V DD 。 故电路实现了非逻辑功能。 【例2-3】 试写出由TTL 门构成的逻辑图如图2-3所示的输出F 。 & ≥1 F ≥1 A B 图2-3 例2-3门电路 解：由TTL 门输入端悬空逻辑上认为是1可写出 【例2-4】 试分别写出由TTL 门和CMOS 门构成的如图2-4所示逻辑图的表达式或逻 辑值。 B F 图2-4 例2-4门电路 解：由TTL 门组成上面逻辑门由于10k Ω大于开门电阻R ON ，所以，无论 A 、B 为何值 。 由CMOS 门组成上面逻辑门由于CMOS 无开门电阻和关门电阻之说，所以， 。 2.2 例题补充 2-1 一个电路如图2-5所示，其三极管为硅管，β=20，试求：ν1小于何值时，三极管T 截止，ν1大于何值时，三极管T 饱和。 解：设v BE =0V 时，三极管T 截止。T 截止时，I B =0。此时 10) 10(020I --= -v v I =2V T 临界饱和时，v CE =0.7V 。此时 V CC v I v O +10V -V BB V V V 0200 11 DD F ≈+=DD DD 44 DD 599F 210101021010V V V V ≈+≈?+=A B A F =++?=110≡F AB F = 第三章门电路 第三章门电路 3.1 概述 TTL电路问世几十年来，经过电路结构的不断改进和集成工艺的逐步完善，至今仍广泛应用，几乎占据着数字集成电路领域的半壁江山。 把若干个有源器件和无源器件及其连线，按照一定的功能要求，制做在同一块半导体基片上，这样的产品叫集成电路。若它完成的功能是逻辑功能或数字功能，则称为逻辑集成电路或数字集成电路。最简单的数字集成电路是集成逻辑门。 集成逻辑门，按照其组成的有源器件的不同可分为两大类：一类是双极性晶体管逻辑门；另一类是单极性绝缘栅场效应管逻辑门，简称MOS门。 双极性晶体管逻辑门主要有TTL门(晶体管-晶体管逻辑门)、ECL门(射极耦合逻辑门)和I2L门(集成注入逻辑门)等。 单极性MOS门主要有PMOS门(P沟道增强型MOS 管构成的逻辑门)、NMOS门(N沟道增强型MOS管构成的逻辑门)和CMOS门(利用PMOS管和NMOS管构成的互补电路构成的门电路，故又叫做互补MOS门 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，如与门、与非门、或门…… 门电路中以高/低电平表示逻辑状态的1/0 获得高、低电平的基本原理如图1所示。 图1 高/低电平都允许有一定的变化范围如图2所示。 正逻辑：高电平表示1，低电平表示0 负逻辑：高电平表示0，低电平表示1 图 2 3.2 半导体二极管门电路 二极管的结构如图3所示： PN结+ 引线+ 封装构成 图3 3.2.1二极管的开关特性 如图4，高电平：V IH=V CC，低电平：V IL=0 图4 3.2.2二极管与门 最简单的与门可以用二极管和电阻组成,图5是有两个输入端的与门电路。图中A，B为两个输入变量，Y为输出变量。 图5 二极管与门电路及图形符号 设VCC=5V，A，B输入端的高、低电平分别为VIH=3V，VIL=0V，二极管D1，D2的正向导通压降VDF=0.7V。由图可见，A，B当中只要有一个是低电平0V，则必有一个二极管导通，使Y=0.7V。只有A，B同时为高电平3V时，Y才为3.7V。将输出与输入逻辑电平的关系列表，即得如表1 电路的逻辑电平表电路的真值表 如果规定3V以上为高电平,用逻辑1表示,0.7V 第三章集成逻辑门 一、选择题 1. 三态门输出高阻状态时，是正确的说法。 A.用电压表测量指针不动 B.相当于悬空 C.电压不高不低 D.测量电阻指针不动 2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有。 A.与非门 B.三态输出门 C.集电极开路门 D.漏极开路门 3．以下电路中常用于总线应用的有。 A.T S L门 B.O C门 C.漏极开路门 D.C M O S与非门 4．逻辑表达式Y=A B可以用实现。 A.正或门 B.正非门 C.正与门 D.负或门 5．T T L电路在正逻辑系统中，以下各种输入中相当于输入逻辑“1”。 A.悬空 B.通过电阻 2.7kΩ接电源 C.通过电阻 2.7kΩ接地 D.通过电阻510Ω接地 6．对于T T L与非门闲置输入端的处理，可以。 A.接电源 B.通过电阻3kΩ接电源 C.接地 D.与有用输入端并联7．要使T T L与非门工作在转折区，可使输入端对地外接电阻R I。 A.＞R O N B.＜R O F F C.R O F F＜R I＜R O N D.＞R O F F 8．三极管作为开关使用时，要提高开关速度，可。 A.降低饱和深度 B.增加饱和深度 C.采用有源泄放回路 D.采用抗饱和三极管 9．C M O S数字集成电路与T T L数字集成电路相比突出的优点是。 A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽 10．与C T4000系列相对应的国际通用标准型号为。 A.C T74S肖特基系列 B.C T74L S低功耗肖特基系列 C.C T74L低功耗系列 D.C T74H高速系列 二、判断题（正确打√，错误的打×） 1．TTL与非门的多余输入端可以接固定高电平。（） 2．当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑1。（） 3．普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，否则可能会损坏器件。（） 4．两输入端四与非门器件74LS00与7400的逻辑功能完全相同。（） 5．CMOS或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相同。（） 6．三态门的三种状态分别为：高电平、低电平、不高不低的电压。（） 7．TTL集电极开路门输出为１时由外接电源和电阻提供输出电流。（） 8．一般TTL门电路的输出端可以直接相连，实现线与。（） 第三章（组合逻辑电路）作业及答案 1、写出图3-1所示组合逻辑电路中输入输出的逻辑关系式和真值表。 图3-1：组合逻辑电路逻辑图 解：（1）C A A AC B A Y +=++=1 （2）D B C B A CD B A CD B A D BD CD A B A Y ++=++=+=++=）（2 2、试分析图3-2所示组合逻辑电路，写出其逻辑函数表达式。若设S 1﹑S 0为功能控制信号，A ﹑B 为输入信号，L 为输出，说明当S 1﹑S 0取不同信号值时，电路所实现的逻辑功能。 图3-2：组合逻辑电路逻辑图 3、试用与门、或门和非门，或者与门、或门和非门的组合来实现如下各逻辑函数关系，画出相应的逻辑电路图。 （1）1 Y AB BC =+ 1 （2）2Y A C B =+（） （3）3 Y ABC B EF G =++（） A B C . Y2 A B C . E F G .. . 4、试用门电路设计4线-2线优先编码器，输入、输出信号都是高电平有效，要求任一按键按下时，G S 为1，否则G S =0；还要求没有按键按下时，E O 信号为1，否则为0。 为S，输出信号为Y，要求写出真值表、逻辑函数表达式和画出逻辑电路图。 6、某公司3条装配线各需要100kW电力，采用两台发电动机供电，一台100kW，另外一台是200kW，3条装配线不同时开工，试设计一个发电动机控制电路， 可以按照需求启动发电动机以达到节电的目的。 7、图3-3是由3线/8线译码器74LS138和与非门构成的组合逻辑电路，试写出P1和P2的逻辑表达式，并列出真值表，说明其逻辑功能。 BIN/OCT 0 1 20 1 2 3 4 5 6 7 B A C 1 0 074LS138 P1 P2 第3章逻辑门电路 3.1 概述 逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。用逻辑 1和o 分别来 表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑，目前在数字技术中，大都采用正逻 辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻辑。本课程采用正逻辑。 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。 在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。一种是由三极管组成的双极 型集成电路，例如晶体管-晶体管逻辑电路（简称 TTL 电路）及射极耦合逻辑电路（简称 ECL 电 路）。另一种是由MOS 管组成的单极型集成电路， 例如N-MOS 逻辑电路和互补 MOS （简称COMS ） 逻辑电路。 3.2 分立元件门电路 3.3.1二极管的开关特性 性NPN 型三极管截止、放大、饱和 3种工作状态的特点 工作状态 截 止 放 大 饱 和 条 件 i B = 0 0 v i B < I BS i B > I BS 工 作 吐 偏置情况 特 占 发射结反偏 集电结反偏 U BE <0, U BC <0 发射结正偏 集电结反偏 U BE >0, U BC <0 发射结正偏 集电结正偏 U BE >0, U BC >0 A ID (mA) 4- - / UD (V) 0 5 0.7 伏安特性二极管导通。 气W ）V 时的等效电路 U]-0V 时，二极管截止， 如同开关断开，W 0 = OV S 屮弋时的等奴电路 a 3 = ?二极管导通，如 ^|0.7V 的电压源.％ = 二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度, 3.2.2 三极管的开关特 3组合逻辑电路习题解答 1 自我检测题 ［T3.1］组合逻辑电路任何时刻的输出信号，与该时刻的输入信号 有关 ，与电路以前的输入信号 无关 。 ［T3.2］在组合逻辑电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现虚假过渡干扰脉冲的现象称为 竞争冒险 。 ［T3.3］8线—3线优先编码器74LS148的优先编码顺序是7I 、6I 、5I 、…、0I ，输出2Y 1Y 0Y 。输入输出均为低电平有效。当输入7I 6I 5I …0I 为11010101时，输出2Y 1Y 0Y 为 010 。 ［T3.4］3线—8线译码器74LS138处于译码状态时，当输入A 2A 1A 0=001时，输出07Y ~Y = 11111101 。 ［T3.5］能完成两个一位二进制数相加，并考虑到低位进位的器件称为 全加器 。 ［T3.6］实现将公共数据上的数字信号按要求分配到不同电路中去的电路叫 数据分配器 。 ［T3.7］根据需要选择一路信号送到公共数据线上的电路叫 数据选择器 。 ［T3.8］一位数值比较器，输入信号为两个要比较的一位二进制数，用A 、B 表示，输出信号为比较结果：Y (A ＞B ) 、Y (A ＝B )和Y (A ＜B )，则Y (A ＞B )的逻辑表达式为B A 。 ［T3.9］下列电路中，不属于组合逻辑电路的是 。 （A ）译码器 （B ）全加器 （D ）编码器 ［T3.10］译码器74LS138的使321为 时，处于允许状态。 （A ）011 （B ）100 （C ）101 （D ）010 ［T3.11］在二进制译码器中，若输入有4位代码，则输出有 个信号。 （A ）2 （B ）4 （C ）8 （D ）16 ［T3.12］组合逻辑电路中的险象是由于 引起的。 （A ）电路未达到最简 （B ）电路有多个输出 （C ）电路中的时延 （D ）逻辑门类型不同 ［T3.13］用取样法消除两级与非门电路中可能出现的冒险，以下说法哪一种是正确并优先考虑的？ （A ）在输出级加正取样脉冲 （B ）在输入级加正取样脉冲 （C ）在输出级加负取样脉冲 （D ）在输入级加负取样脉冲 ［T3.14］比较两位二进制数A=A 1A 0和B=B 1B 0，当A ＞B 时输出F =1，则F 表达式是 。 （A ）B A F = （B ）0101B B A A F ++= （D ）0011B A B A F ++= 数字电子技术基础第三章习题答案 3-1如图3-63a~d所示4个TTL门电路，A、B端输入的波形如图e所示，试分别画出F1、F2、F3和F4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 答： F与 （2）图 A B F 000 010 100 111 F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TTL 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TTL 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V CC 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 ?,β=30改为β=80）为了提高TTL 与非门的带负载能力，可在其输出端接一个NPN 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V OH =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=483u A ，而与非门输出高电平时最大负载电流是400u A ，因此最大电流L I (4000.7/3.5)8016mA =?×=。 [题3.1] 分析P3.1电路的逻辑功能，写出Y 1、Y 2的逻辑函数式，列出真值表，指出电路完成什么逻辑功能。 答案： 12()Y ABC A B C AB AC BC ABC ABC Y AB BC AC =+++?++=++=++ 由真值表可见，这是一个全加器电路。A 、B 、C 为加数、被加数和来自低位的进位， Y 1是和，Y 2是进位输出。 [题3.3] 用或非门设计四变量的多数表决电路。当输入变量A 、B 、C 、D 有3个或3个以上为1时输出为1，输入为其它状态时输出为0。 答案： Y ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABC ABD ACD BCD ABC ABD ACD BCD =++++=+++=+++ [题3.7] 某医院有一、二、三、四号病室4间，每室设有呼叫按钮，同时在护士值班室内对应地装有一号、二号、三号、四号4个指示灯。 现要求当一号病室的按钮按下时，无论其它病室的按钮是否按下，只有一号灯亮。当一号病室的按钮没有按下而二号病室的按钮按下时，无论三号、四号病室的按钮是否按下，只有二号灯亮。当一号、二号病室的按钮没有按下而三号病室的按钮按下时，无论四号病室的按钮是否按下，只有三号灯亮。只有在一号、二号、三号病室的按钮均未按下而四号病室的按钮按下时，四号灯才亮。试用优先编码器74LS148和门电路设计满足以上控制要求的逻辑电路，给出控制四个指示灯状态的高、低电平信号。 答案： 以1234A A A A 、 、、分别表示按下一、二、三、四号病室按钮给出的低电平信号，以1234Y Y Y Y 、、、表示一、二、 三、四号灯亮的信号。电路如图A3.7。 [题3.8] 写出图P3.8中Z 1、Z 2、Z 3的逻辑函数式，并化简为最简的与－或表达式。译码器74LS42的逻辑图见图3.3.10。 答案： 1147Z Y Y Y M N PQ M N PQ M NPQ ==++ 2258Z Y Y Y M NPQ M N PQ M N PQ ==++ 3369Z Y Y Y M NPQ M NPQ M N PQ ==++ [题3.10] 试画出用3线－8线译码器74LS138（见图3.3.8）和门电路产生如下多输出 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 6 21050.01S DD DD P I V mW mW -==??= 动态功耗 ()()2 125220********* 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 1.11 0.225 TOT DD DD P 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 S TOT DD DD P P P P I V mW mW -=-=-=-??≈ 根据() 2D L pd DD P C C fV =+得 312252 1.541010010135105D pd 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。 A B C DD Y V DD Y （b） A 3 逻辑门电路 MOS 逻辑门电路 3.1.2 求下列情况下TTL 逻辑门的扇出数：（1）74LS 门驱动同类门；（2）74LS 门驱动74ALS 系列TTL 门。 解：首先分别求出拉电流工作时的扇出数N OH 和灌电流工作时的扇出数N OL ，两者中的最小值即为扇出数。 从附录A 可查得74LS 系列电流参数的数值为I OH =，I OL =8mA ，I IH =,I IL =；74ALS 系列输入电流参数的数值为I IH =，I IL =，其实省略了表示电流流向的符号。 （1） 根据（3.1.4）和式（）计算扇出数 74LS 系列驱动同类门时，输出为高电平的扇出数 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 输出为低电平的扇出数 8200.4OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动同类门时的扇出数N O 为20。 （2） 同理可计算出74LS 系列驱动74ALS 系列时，有 0.4200.02OH OH IH I mA N I mA === 8800.1OL OL IL I mA N I mA = == 所以，74LS 系列驱动74ALS 系列时的扇出数N O 为20。 3.1.4 已知图题所示各MOSFET 管的 T V =2V ，忽略电阻上的压降，试确定其工作状态（导 通或截止）。 解：图题3.1.4（a ）和（c ）的N 沟道增强型MOS ，图题（b ）和（d ）为P 沟道增强型MOS 。N 沟道增强型MOS 管得开启电压V T 为正。当GS V ＜V T 时，MOS 管处于截止状态；当GS V ≥V T ，且DS v ≥（GS V —V T ）时，MOS 管处于饱和导通状态。 一、选择题 1. 三态门输出高阻状态时，（）是正确的说法。 A.用电压表测量指针不动 B.相当于悬空 C.电压不高不低 D.测量电阻指针不动 2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有（）。 A.与非门 B.三态输出门 C.集电极开路门 D.漏极开路门 3．以下电路中常用于总线应用的有（）。 门门 C. 漏极开路门与非门 4．逻辑表达式Y=AB可以用（）实现。 A.正或门 B.正非门 C.正与门 D.负或门 5．TTL电路在正逻辑系统中，以下各种输入中（）相当于输入逻辑“1”。 A.悬空 B.通过电阻Ω接电源 C.通过电阻Ω接地 D.通过电阻510Ω接地 6．对于TTL与非门闲置输入端的处理，可以（）。 A.接电源 B.通过电阻3kΩ接电源 C.接地 D.与有用输入端并联 7．要使TTL与非门工作在转折区，可使输入端对地外接电阻RI（）。 A.＞RON B.＜ROFF ＜RI＜RON D.＞ROFF 。( )．三极管作为开关使用时，要提高开关速度，可8． A.降低饱和深度 B.增加饱和深度 C.采用有源泄放回路 D.采用抗饱和三极管 9．CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比突出的优点是（）。 A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽 10．与CT4000系列相对应的国际通用标准型号为（）。 肖特基系列 B. CT74LS低功耗肖特基系列 74L低功耗系列 D. CT74H高速系列 11．电路如图（a），（b）所示，设开关闭合为1、断开为0；灯亮为1、灯灭为0。 F 对开关A、B、C的逻辑函数表达式（）。 Ａ． Ｂ． Ｃ． 12．某TTL反相器的主要参数为IIH＝20μA；IIL＝ｍA；IOH＝400μA；水IOL ＝14ｍA，带同样的门数（）。 Ａ．20 Ｂ．200 Ｃ．10 Ｄ．100 13．在TTL门电路的一个输入端与地之间开路，则相当于在该输入端输入（）。 A．高阻态 B．高电平 C．低电平第3章-逻辑门电路
第三章 逻辑门电路的一般特性(1)2015 [兼容模式] (1)
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