第八章 脉冲电路
1． 图P8.1为TTL 与非门构成的微分型单稳态电路,试画出在输入信号v 1作用下,a,b,d,e,v 0各点波形,求出输出v 0的脉冲宽度. .
图P8.1
解:
(1) 静止期
R 1=5.1K Ω>R on ∴v a =1.4V
R=100Ω 电路处于G1门开,G 2门关的状态. (2) 工作期 当v 1由3.6V 下跳到0.3V 时 电路产生正反馈积累过程,电路变化为G 1关,G 2v a (0+ v b (∞)=1.4V τ=R 1C 1< v b =3.6V v d (0+)=0.3V+3.3V=3.6V v d (∞)=0V τ=RC=1μS 图P8.A1 ( b ) 一旦v d ≤v TH =1.4V 时，电路产生反向正反馈积累过程，又回到G 1开，G 2关的稳态 v d (t w ) = 1.4V t w = RC 4.106.30ln = 0.9RC = 0.9μS v e = 0.3V ，v 0 = 3.6V (3)恢复期 G1开,G2关 v d(0+)=1.4-3.3= -1.9V v d(∞)=0.3V τ=(R1//R)C=RC 图P8.A1(c) t re= (3～5)τ v b=0.3V,v e=3.6V,v O=0.3V 当v1由0.3V上跳到3.6V时,在v a产生一上跳脉冲,对电路工作无影响 v a(0+)=1.4+3.3=4.7V v a(∞)=1.4V τ=R1C1 2.图P8.2所示为TTL与非门构成的积分型单稳态电路,若输入v1为宽度为20μS的正脉冲,画出a,b,c,d,v0的波形.为使积分型单稳态电路能正常工作,对输入脉冲有什么要求? 图P8.A2 解: 当 v1=0.3V时, G1,G2门关 v a=3.6V, v d=3.6V v b=3.6V, v o=0.3V 当v1由0.3V上跳到3.6V时, v a由3.6V下跳到0.3V,电容C放电 v b(0 +)=3.6V v b(∞)=0.3V τ=RC=0.26μs (3～5)τ后达到稳态 ) 图P8.A2 ( b ) G2的输入v1和v b,当它们之值均大于3.6V时，G2门打开，v d=0,当v b≤1.4V后，G2门关 v b(0+)=3.6V v b(∞)=0.3V τ=RC=0.26μS v b(t w)=1.4V ∴t w=RC4.1_3.06.3_3.0 ln =1.1RC=0.29μS 当v1由 3.6V下跳到0.3V时,v a由0.3V上跳到 3.6V 图P8.A2 ( c ) v b(0+)=0.3V v b(∞)=3.6V t w=(3～5)RC τ=RC 3. 由两级积分型单稳所组成的电路如图P8.3 (a)所示，输入信号为图P8.3 (b )，假论输入信号中所有正向脉冲足够宽，两级单稳均能正常工作，问: (1) 与v1对应的v01，v02，v03波形如何，请画出： (1)要改变输出v03的正脉冲的宽度，应调整电路中哪些参数。 ( a ) 解: (1)t w1=1.1R1C1 (2) 从v03 4. C应为多少?[ 解: 由于t w = 0.7RC Rint = 2K Ω C=R 7.0t w =3 3_10×2×7.010×3=2.14μf 5. 设某零件加工过程中需要加热处理，先在50o C 的炉温下预热3秒钟，停2秒后再送100o C 的炉温下加热10秒钟，加热完毕后要求报警。试用单稳态触发器CT74121实现以上控制。 解: 取四片单稳,逐级串接,然后用它们输出端产生的脉冲去控制各道工序的执行机构,各工序的时间通过RC 调节,这样,只要在适当时刻加入启动脉冲,系统就能自动按设计要求工作,它们时序关系如图所示. 电路图如下： 图P8.A5 ( b ) 6. 电路图P8.4所示,已知石英晶体的振荡频率为1MHZ,试画出v 0和Q 3的波形关系,并计数它们的频率. 图P8.4 解: 晶体稳频的多谐振荡器的振 荡频率取决于晶体谐振频率即为 1×106HZ ，其周期为1μS ，所以 输出v 0 = CP 0的周期为1μS. CT74LS90接成为8421BCD 的9进制计数器Q 3的周期为 8μS ，频率为 1/8 = 0.125×106HZ =125HZ 7. 在使用555 解: 输入脉冲低电平宽度不能太宽,否则电路回翻转不回原来的稳态,改进方法应在输入端加一微分电路,使负脉冲宽度变窄. 8. 在图8.1.20(a)所示的环形振荡器电路中,试说明: (1) R.C.R S 各起什么作用? (2) 为降低电路的振荡器频率可以调哪些参数?是加大还是减小? (3) 若R=200Ω，C = 0.01μF ，求电路振荡频率为多少? 解: (1) R,C 为定时元件,R S 为隔离电阻. (2) 带有RC 定时元件的环形振荡器的周期. T=2.3RC f =T 1=RC 3.21 从上式可见为降低电路的振荡频率可加大R 或者加大C (3) f =RC 3.21 =6 _10×01.0×200×3.21=217KHZ 9. 用555定时器接成的施密特触发器电路如图8.2.10(a)所示，试问: (1) 当V CC = 12V ,而且没有外接控制电压时，V T+,V T-及ΔV T 各为多少伏? (2) 当V CC = 9V ，控制电压V CO =5V 时，V T+,V T-及ΔV T 各为多少伏? 解: (1) 当V CC =12V 时, 没有外接控制电压 V T+ =32V CC = 8V , V T -=31 V CC = 4V ΔV T = 8V-4V = 4V (2) 当V CC = 9V ，控制电压V CO = 5V 时 V T+ = 5V ， V T- =21 V CO = 2.5V ΔV T = 5V-2.5V = 2.5V 10. 在图8.2.14 (a)所示电路中，若R 1 = R 2 = 5.1K Ω，C = 0.01μf,V CC = 12V ，试计算电路的振荡频率。 解: 555定时器组成的多谐振荡器的频率为 f =C )R 2+R (7.0121=6 _310×01.0×10×3.15×7.01 = 9.3KHZ 11. 试用555定时器设计一个多谐振荡器，要求输出脉冲的振荡频率为20KHZ,占空比等于75%. 解: 由555定时器组成的多谐振荡器，在电容充电时，暂稳态持续时间为 t w1 = 0.7(R 1+R 2)C 在电容C 放电时,暂稳态持续时间为 t w2 = 0.7R 2C 所以T = t w1+t w2 = 0.7C )R 2+R (21 占空比q =T t 1w =2121R 2R R +R = 0.75 f =T 1 =C )R 2+R (7.0121=20KHZ 电容C 取为0.01MF,则求出R 1 = 2R 2, R 2 =1.8K Ω, R 1 =3.6K Ω 12. 图P8.5为电子门铃电路，根据555定时器的功能分析它的工作原理（图中S 为门铃按钮). 图P8.5 解:555定时器构成了多谐振荡器，当按钮S 不合上时，清零端4上的电压为0，所以不可能发生振荡，当门铃按钮S 合上后V CC 通过R 3对C 2充电使清零端4上的电压为V CC ，多谐振荡器开始振荡，推动喇叭发生,当按钮打开时，C 2通过R 4放电，使清零端上电压仍为0，门铃不响。 13. 图P8.6是用555定时器接成的延迟报警器.当开关S 断开后，经过一定的延迟时间 t d 后喇叭开始发出声音，如果在延迟时间内将S 重新闭合，喇叭不会发出声音，在图中给定的参数下，试求延迟时间t d 以及喇叭发出的声音的频率。 图P8.6 解: 图P8.6中555(1)接成了施密特触发器，555(2)接成了多谐振荡器.当开关S 断开后电容C 充电,充至V T+ =32 V CC 时,反相器G 1输出高电平，多谐振荡器开始振荡。 故延迟时间为 v c (0+) = 0 v c (∞) = v cc = 12V t d = RCln +T CC CC V _V V =10ln 8_1212 =11S τ= RC = 10S v c (t d ) = 32 V CC = 8V 振荡器的振荡频率，亦即喇叭发出声音的频率 f =2ln C )R 2+R (121=7.0×10×01.0×10×151 6 _3= 9.5KHZ 作业5 截止日期：2015-5-25 要求：写出步骤，独立完成 内容：第八章、第十章 1．课本第八章练习8.2。（20分） 提示：参考例8.1。 参考解答：i DS=K/2*(V GS-V T)2=K/2*(V DS-V T)2 i ds=K/2*2*(V DS-V T)*v ds=K(V DS-V T)*v ds 2．课本第八章练习8.6。（20分） 提示：参考8.2.2和8.2.4节，图8.19。 参考解答：v O=V S-R L*K/2*(V GS-V T)2=V S-R L*K/2*(v1-V T)2 在v1=V1时的小信号模型如下： 所以：1）r o=R L; 2)R TH=R L,U TH=-R L*K(V1-V T)*vi 3)r i= 3．课本第八章问题8.2的a, b, c三小题。（20分） 提示： 参考解答：i DS=K/2*(V GS-V T)2 ;v IN=V GS+v OUT ; V GS=v IN-v OUT i DS=K/2*(V GS-V T)2=K/2*(v IN-v OUT-V T)2 ids=K/2*2*(V IN-V OUT-V T)=K(V IN-V OUT-V T)*vin；所以g m=K(V IN-V OUT-V T) vout=ids*R=RK(V IN-V OUT-V T)*vin;vout/vin=RK(V IN-V OUT-V T) 4．课本第十章练习10.16。 提示：参考10.1.3小节。 参考解答：i R1=i R2=i C；v2=R2*i R2； V1=(R1+R2)*i C+V C=(R1+R2)*C*dV C/dt+V C； V C=V1(1-e-t/((R1+R2)*C))=6(1-e-t/0.009)=6(1-e-1000t/9) V2=R2*i R2=R2*i C=R2*C*dV C/dt=2000*3*10-6*6*(-e-1000t/9*(-1000/9))=4e-1000t/9 5．课本第十章练习10.24。假设RC时间常量的值很小。 提示：参考10.7。 ： 第1单元能力训练检测题（共100分，120分钟） 一、填空题：（每空分，共20分） 1、由二值变量所构成的因果关系称为逻辑关系。能够反映和处理逻辑关系的数学工具称为逻辑代数。 2、在正逻辑的约定下，“1”表示高电平，“0”表示低电平。 3、数字电路中，输入信号和输出信号之间的关系是逻辑关系，所以数字电路也称为逻辑电路。在逻辑关系中，最基本的关系是与逻辑、或逻辑和非逻辑。 4、用来表示各种计数制数码个数的数称为基数，同一数码在不同数位所代表的权不同。十进制计数各位的基数是10，位权是10的幂。 5、8421 BCD码和2421码是有权码；余3码和格雷码是无权码。 . 6、进位计数制是表示数值大小的各种方法的统称。一般都是按照进位方式来实现计数的，简称为数制。任意进制数转换为十进制数时，均采用按位权展开求和的方法。 7、十进制整数转换成二进制时采用除2取余法；十进制小数转换成二进制时采用乘2取整法。 8、十进制数转换为八进制和十六进制时，应先转换成二进制，然后再根据转换的二进数，按照三个数码一组转换成八进制；按四个数码一组转换成十六进制。 9、逻辑代数的基本定律有交换律、结合律、分配律、反演律和非非律。 10、最简与或表达式是指在表达式中与项中的变量最少，且或项也最少。 13、卡诺图是将代表最小项的小方格按相邻原则排列而构成的方块图。卡诺图的画图规则：任意两个几何位置相邻的最小项之间，只允许一位变量的取值不同。 ！ 14、在化简的过程中，约束项可以根据需要看作1或0。 二、判断正误题（每小题1分，共10分） 1、奇偶校验码是最基本的检错码，用来使用PCM方法传送讯号时避免出错。（对） 2、异或函数与同或函数在逻辑上互为反函数。（对） 3、8421BCD码、2421BCD码和余3码都属于有权码。（错） 4、二进制计数中各位的基是2，不同数位的权是2的幂。（对） 3、每个最小项都是各变量相“与”构成的，即n个变量的最小项含有n个因子。（对） 第1章检测题（共100分，120分钟） 一、填空题：（每空0.5分，共25分） 1、N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的五价元素组成的。这种半导体内的多数载流子为自由电子，少数载流子为空穴，不能移动的杂质离子带正电。P型半导体是在本征半导体中掺入极微量的三价元素组成的。这种半导体内的多数载流子为空穴，少数载流子为自由电子，不能移动的杂质离子带负电。 2、三极管的内部结构是由发射区、基区、集电区区及发射结和集电结组成的。三极管对外引出的电极分别是发射极、基极和集电极。 3、PN结正向偏置时，外电场的方向与内电场的方向相反，有利于多数载流子的 扩散运动而不利于少数载流子的漂移；PN结反向偏置时，外电场的方向与内电场的方向一致，有利于少子的漂移运动而不利于多子的扩散，这种情况下的电流称为反向饱和电流。 4、PN结形成的过程中，P型半导体中的多数载流子由P向N区进行扩散，N型半导体中的多数载流子由N向P区进行扩散。扩散的结果使它们的交界处建立起一个空间电荷区，其方向由N区指向P区。空间电荷区的建立，对多数载流子的扩散起削弱作用，对少子的漂移起增强作用，当这两种运动达到动态平衡时，PN结形成。 7、稳压管是一种特殊物质制造的面接触型硅晶体二极管，正常工作应在特性曲线的反向击穿区。 三、选择题：（每小题2分，共20分） 2、P型半导体是在本征半导体中加入微量的（A）元素构成的。 A、三价； B、四价； C、五价； D、六价。 3、稳压二极管的正常工作状态是（C）。 A、导通状态； B、截止状态； C、反向击穿状态； D、任意状态。 5、PN结两端加正向电压时，其正向电流是（A）而成。 A、多子扩散； B、少子扩散； C、少子漂移； D、多子漂移。 6、测得NPN型三极管上各电极对地电位分别为V E＝2.1V，V B＝2.8V，V C＝4.4V，说明此三极管处在（A）。 A、放大区； B、饱和区； C、截止区； D、反向击穿区。 10、若使三极管具有电流放大能力，必须满足的外部条件是（C） A、发射结正偏、集电结正偏； B、发射结反偏、集电结反偏； C、发射结正偏、集电结反偏； D、发射结反偏、集电结正偏。 四、简述题：（每小题4分，共28分） 2、某人用测电位的方法测出晶体管三个管脚的对地电位分别为管脚①12V、管脚②3V、管脚③ 3.7V，试判断管子的类型以及各管脚所属电极。 第3章 逻辑代数及逻辑门 【3-1】 填空 1、与模拟信号相比，数字信号的特点是它的 离散 性。一个数字信号只有两种取值分别表示为0 和1 。 2、布尔代数中有三种最基本运算： 与 、 或 和 非 ，在此基础上又派生出五种基本运算，分别为与非、或非、异或、同或和与或非。 3、与运算的法则可概述为：有“0”出 0 ，全“1”出 1；类似地或运算的法则为 有”1”出”1”，全”0”出”0” 。 4、摩根定理表示为：A B ?=A B + ；A B +=A B ?。 5、函数表达式Y=AB C D ++，则其对偶式为Y '=()A B C D +?。 6、根据反演规则，若Y=AB C D C +++，则Y =()AB C D C ++? 。 7、指出下列各式中哪些是四变量A B C D 的最小项和最大项。在最小项后的（ ）里填入m i ，在最大项后的（ ）里填入M i ，其它填×（i 为最小项或最大项的序号）。 (1) A +B +D (× ); (2) ABCD (m 7 ); (3) ABC ( × ) (4)AB (C +D ) (×); (5) A B C D +++ (M 9 ) ; (6) A+B+CD (× ); 8、函数式F=AB+BC+CD 写成最小项之和的形式结果应为m ∑(3,6,7,11,12,13,14,15), 写成最大项之积的形式结果应为 M (∏ 0,1,2,4,5,8,9,10 ) 9、对逻辑运算判断下述说法是否正确，正确者在其后（ ）内打对号，反之打×。 （1） 若X +Y =X +Z ，则Y=Z ；( × ) （2） 若XY=XZ ，则Y=Z ；( × ) （3） 若X ⊕Y=X ⊕Z ，则Y=Z ；(√ ) 【3-2】用代数法化简下列各式 (1) F 1 =1ABC AB += (2) F 2 =ABCD ABD ACD AD ++= (3)3F AC ABC ACD CD A CD =+++=+ (4) 4()()F A B C A B C A B C A BC =++?++?++=+ 【3-3】 用卡诺图化简下列各式 (1) 1F BC AB ABC AB C =++=+ (2) 2F AB BC BC A B =++=+ (3) 3F AC AC BC BC AB AC BC =+++=++ (4) 4F ABC ABD ACD CD ABC ACD A D =+++++=+ 《数字电路与逻辑设计》作业 教材：《数字电子技术基础》 （高等教育出版社，第2版，2012年第7次印刷）第一章： 自测题： 一、 1、小规模集成电路，中规模集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路 5、各位权系数之和，179 9、01100101，01100101，01100110； 11100101，10011010，10011011 二、 1、× 8、√ 10、× 三、 1、A 4、B 练习题： 1.3、解： (1) 十六进制转二进制： 4 5 C 0100 0101 1100 二进制转八进制：010 001 011 100 2 1 3 4 十六进制转十进制：(45C)16=4*162+5*161+12*160=(1116)10 所以：(45C)16=(10001011100)2=(2134)8=(1116)10 (2) 十六进制转二进制： 6 D E . C 8 0110 1101 1110 . 1100 1000 二进制转八进制：011 011 011 110 . 110 010 000 3 3 3 6 . 6 2 十六进制转十进制：(6DE.C8)16=6*162+13*161+14*160+13*16-1+8*16-2=(1758.78125)10 所以：(6DE.C8)16=(011011011110. 11001000)2=(3336.62)8=(1758.78125)10 (3) 十六进制转二进制：8 F E . F D 1000 1111 1110. 1111 1101二进制转八进制：100 011 111 110 . 111 111 010 4 3 7 6 . 7 7 2 十六进制转十进制： (8FE.FD)16=8*162+15*161+14*160+15*16-1+13*16-2=(2302.98828125)10 所以：(8FE.FD)16=(100011111110.11111101)2=(437 6.772)8=(2302.98828125)10 (4) 十六进制转二进制：7 9 E . F D 0111 1001 1110 . 1111 1101二进制转八进制：011 110 011 110 . 111 111 010 3 6 3 6 . 7 7 2 十六进制转十进制： (79E.FD)16=7*162+9*161+14*160+15*16-1+13*16-2=(1950. 98828125)10 所以：(8FE.FD)16=(011110011110.11111101)2=(3636.772)8=(1950.98828125)10 1.5、解： (74)10 =(0111 0100)8421BCD=(1010 0111)余3BCD (45.36)10 =(0100 0101.0011 0110)8421BCD=(0111 1000.0110 1001 )余3BCD (136.45)10 =(0001 0011 0110.0100 0101)8421BCD=(0100 0110 1001.0111 1000 )余3BCD (374.51)10 =(0011 0111 0100.0101 0001)8421BCD=(0110 1010 0111.1000 0100)余3BCD 1.8、解 （1）(+35)=(0 100011)原= (0 100011)补 （2）(+56 )=(0 111000)原= (0 111000)补 （3）(-26)=(1 11010)原= (1 11101)补 （4）(-67)=(1 1000011)原= (1 1000110)补 题 完成下面的数值转换： （1）将二进制数转换成等效的十进制数、八进制数、十六进制数。 ①（0011101）2 ②（）2 ③（）2 解： ① （0011101）2 =1×24+ 1×23+ 1×22+ 1×20=(29)10 （0011101）2 =(0 011 101)2= (35)8 （0011101）2 =(0001 1101)2= (1D)16 ② 10，8，16； ③ (439)10，(667)8，(1B7)16； （2）将十进制数转换成等效的二进制数（小数点后取4位）、八进制数及十六进制数。①（89）10 ②（1800）10 ③（）10 解得到：① (1011001)2，(131)8，(59)16； ② ) 2，(3410) 8，(708) 16 ③ 2， 8， 16； （3）求出下列各式的值。①（）16=（）10 ②（127）8=（）16 ③（3AB6）16=（） 4 解 ① 10；② (57)16；③ (3222312)4； 题 写出5位自然二进制码和格雷码。 题 用余3码表示下列各数 ①（8）10 ②（7）10 ③（3）10 解（1）1011；（2）1010；（3）0110 题 直接写出下面函数的对偶函数和反函数。 解 题证明下面的恒等式相等 1、(AB+C)B=AB+BC=AB ( C+C')+ ( A+A')BC =ABC+ABC'+ABC+ A'BC= ABC+ABC'+ A'BC 2、AB'+B+A'B=A+B+A'B=A+B+B=A+B 3、左=BC+AD，对偶式为(B+C)(A+D)=AB+AC+BD+CD 右=(A+B)(B+D) (A+C)(C+D)，对偶式为： AB+AC+BD+CD 对偶式相等，推得左=右。 4、(A+C')(B+D)(B+D')= (A+C')(B+BD+BD')= (A+C')B=AB+BC' 题在下列各个逻辑函数中，当变量A、B、C为哪些取值组合时，函数Y的值为1。Y=AB+BC+A'C = AB(C+C')+BC (A+A')+A'C(B+B') =m7+m6+m1+m3 使以上四个最小项为1时，Y为1. 即：111；110；011；001 （2）000,001,011,100 （3）100,101,000,011,010,111 （4）110,111,010 题列出下面各函数的真值表 题在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上（包括一名）副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号。列出该函数的真值表。 设A为主裁判，真值表如下表所示。 题一个对4逻辑变量进行判断的逻辑电路。当4变量中有奇数个1出现时，输出为1；其他情况，输出为0。列出该电路的真值表，写出函数式。 《电工电子技术》（第二版）节后学习检测解答 第1章节后检验题解析 第8页检验题解答： 1、电路通常由电源、负载和中间环节组成。电力系统的电路功能是实现电能的传输、分配和转换；电子技术的电路功能是实现电信号的产生、处理与传递。 2、实体电路元器件的电特性多元而复杂，电路元件是理想的，电特性单一、确切。由理想元件构成的、与实体电路相对应的电路称为电路模型。 3、电路中虽然已经定义了电量的实际方向，但对某些复杂些的直流电路和交流电路来说，某时刻电路中电量的真实方向并不能直接判断出，因此在求解电路列写方程式时，各电量前面的正、负号无法确定。只有引入了参考方向，方程式中各电量前面的的正、负取值才有意义。列写方程式时，参考方向下某电量前面取正号，即假定该电量的实际方向与参考方向一致，若参考方向下某电量前面取负号，则假定该电量的实际方向与参考方向相反；求解结果某电量为正值，说明该电量的实际方向与参考方向相同，求解结果某电量得负值，说明其实际方向与参考方向相反。电量的实际方向是按照传统规定的客观存在，参考方向则是为了求解电路方程而任意假设的。 4、原题修改为：在图1-5中，五个二端元件 分别代表电源或负载。其中的三个元件上电流和电压的 参考方向已标出，在参考方向下通过测量得到：I 1＝－ 2A ，I 2＝6A ，I 3＝4A ，U 1＝80V ，U 2＝－120V ，U 3＝ 30V 。试判断哪些元件是电源？哪些是负载？ 解析：I 1与U 1为非关联参考方向，因此P 1=－I 1×U 1=－（－2）×80=160W ，元件1获得正功率，说明元件1是负载；I 2与U 2为关联参考方向，因此P 2=I 2×U 2=6×（－120）=－720W ，元件2获得负功率，说明元件2是电源；I 3与U 3为关联参考方向，因此P 3= I 3×U 3=4×30=120W ，元件3获得正功率，说明元件3是负载。 根据并联电路端电压相同可知，元件1和4及3和5的端电压之代数和应等于元件2两端电压，因此可得：U 4=40V ，左高右低；U 5=90V ，左低右高。则元件4上电压电流非关联，P 4=－40×（－2）=80W ，元件4是负载；元件5上电压电流关联，P 5=90×4=360W ，元件5是负载。 验证：P ＋= P 1+P 3+ P 4+ P 5= 160+120+80+360=720W P －= P 2 =720W 电路中电源发出的功率等于负载上吸收的总功率，符合功率平衡。 第16页检验题解答： 1、电感元件的储能过程就是它建立磁场储存磁能的过程，由2/2L LI W =可知，其储能仅取决于通过电感元件的电流和电感量L ，与端电压无关，所以电感元件两端电压为零时，储能不一定为零。电容元件的储能过程是它充电建立极间电场的过程，由2/2C CU W =可知，电容元件的储能只取决于加在电容元件两端的电压和电容量C ，与通过电容的电流无关，所以电容元件中通过的电流为零时，其储能不一定等于零。 2、此电感元件的直流等效电路模型是一个阻值等于12/3=4Ω的电阻元件。 3、根据dt di L u =L 可知，直流电路中通过电感元件中的电流恒定不变，因此电感元件两端无自感电压，有电流无电压类似于电路短路时的情况，由此得出电感元件在直流情况下相当于短路；根据 图1-5检验题4电路图 U 3 8 数字系统设计基础习题解答 1 自我检测题 [T8.1] 什么是数字系统？ 数字系统是指对数字信息进行存储、传输、处理的电子系统。只要包括控制单元和数据处理单元就称为数字系统。 [T8.2] 说明自顶向下的设计方法及步骤。 首先从系统设计入手，在顶层将整个系统划分成几个子系统，然后逐级向下，再将每个子系统分为若干功能模块，每个功能模块还可以继续向下划分成子模块，直至分成许多最基本模块实现。 练习题 [P8.1] 采用“自顶向下”设计方法设计一4位数字频率计，测量范围为0～9999Hz，假设被测信号为标准的方波信号。 解：（1）4位数字频率计的顶层原理图 AA[3..0]BB[3..0]CC[3..0]DD[3..0] （2）底层功能模块的设计 ①CNT10模块设计 根据顶层设计对CNT10模块的功能定义，其VHDL语言源程序编写如下： LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL； ENTITY cnt10 IS PORT(clk：IN STD_LOGIC； clr：IN STD_LOGIC； cs：IN STD_LOGIC； qq：BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； 8 数字系统设计基础习题解答 2 co：OUT STD_LOGIC )； END cnt10； ARCHITECTURE one OF cnt10 IS BEGIN PROCESS(clk,clr,cs) BEGIN IF (clr=‘1’) THEN qq<=“0000”； ELSIF (clk'EVENT AND clk=‘1’) THEN IF (cs=‘1’) THEN IF (qq=9) THEN qq<=“0000”； ELSE qq<=qq+1； END IF； END IF； END IF； END PROCESS； PROCESS(qq) BEGIN IF (qq=9) THEN co<=‘0’； ELSE co<=‘1’； END IF； END PROCESS； END one； 根据频率计的原理图，前级计数器的进位输出作为下一级计数器的时钟输入。由于计数器采用时钟的上升沿触发，因此，计数器模块的进位输出设为低电平有效，以免下级计数器提前进位。 ②LOCK模块的设计 LOCK模块的功能是在锁存信号的上升沿将输入数据锁存到输出端，其VHDL语言源程序为： LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL； 第 1 单元能力训练检测题（共100 分， 120 分钟） 一、填空题：（每空分，共20 分） 1、由二值变量所构成的因果关系称为逻辑关系。能够反映和处理逻辑关系的数学工具称为逻辑代数。 2、在正逻辑的约定下，“ 1”表示高电平，“ 0”表示低电平。 3、数字电路中，输入信号和输出信号之间的关系是逻辑关系，所以数字电路也称 为逻辑电路。在逻辑关系中，最基本的关系是与逻辑、或逻辑和非逻辑。 4、用来表示各种计数制数码个数的数称为基数，同一数码在不同数位所代表的 权不同。十进制计数各位的基数是10，位权是10的幂。 5、 8421 BCD码和2421码是有权码；余3码和格雷码是无权码。 6、进位计数制是表示数值大小的各种方法的统称。一般都是按照进位方式来实现 计数的，简称为数制。任意进制数转换为十进制数时，均采用按位权展开求和的方法。 7、十进制整数转换成二进制时采用除2取余法；十进制小数转换成二进制时采用 乘 2取整法。 8、十进制数转换为八进制和十六进制时，应先转换成二进制，然后再根据转换 的二进数，按照三个数码一组转换成八进制；按四个数码一组转换成十六 进制。 9、逻辑代数的基本定律有交换律、结合律、分配律、反演律和非非律。 10、最简与或表达式是指在表达式中与项中的变量最少，且或项也最少。 13、卡诺图是将代表最小项的小方格按相邻原则排列而构成的方块图。卡诺 图的画图规则：任意两个几何位置相邻的最小项之间，只允许一位变量的取值不同。 14、在化简的过程中，约束项可以根据需要看作1或0 。 二、判断正误题（每小题1分，共10分） 1、奇偶校验码是最基本的检错码，用来使用PCM方法传送讯号时避免出错。（对） 2、异或函数与同或函数在逻辑上互为反函数。（对） 3、8421BCD码、 2421BCD码和余 3码都属于有权码。（错） 4、二进制计数中各位的基是2，不同数位的权是2的幂。（对） 3、每个最小项都是各变量相“与”构成的，即n个变量的最小项含有n个因子。（对） 4、因为逻辑表达式A+B+AB=A+B成立，所以 AB=0成立。（错） 第14章 晶体管起放大作用的外部条件，发射结必须正向偏置，集电结反向偏置。 晶体管放大作用的实质是利用晶体管工作在放大区的电流分配关系实现能量转换。 2．晶体管的电流分配关系 晶体管工作在放大区时，其各极电流关系如下： C B I I β≈ (1)E B C B I I I I β=+=+ C C B B I I I I ββ?= = ? 3．晶体管的特性曲线和三个工作区域 （1）晶体管的输入特性曲线： 晶体管的输入特性曲线反映了当UCE 等于某个电压时，B I 和BE U 之间的关系。晶体管的输入特性也存在一个死区电压。当发射结处于的正向偏压大于死区电压时，晶体管才会出现B I ，且B I 随BE U 线性变化。 （2）晶体管的输出特性曲线： 晶体管的输出特性曲线反映当B I 为某个值时，C I 随CE U 变化的关系曲线。在不同的B I 下， 输出特性曲线是一组曲线。B I =0以下区域为截止区，当CE U 比较小的区域为饱和区。输出特性曲线近于水平部分为放大区。 （3）晶体管的三个区域： 晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管工作在放大区。此时，C I =b I β，C I 与b I 成线性正比关系，对应于曲线簇平行等距的部分。 晶体管发射结正偏压小于开启电压，或者反偏压，集电结反偏压，晶体管处于截止工作状态，对应输出特性曲线的截止区。此时，B I =0，C I =CEO I 。 晶体管发射结和集电结都处于正向偏置，即CE U 很小时，晶体管工作在饱和区。此时，C I 虽然很大，但C I ≠b I β。即晶体管处于失控状态，集电极电流C I 不受输入基极电流B I 的控制。 14．3 典型例题 例14．1 二极管电路如例14．1图所示，试判断二极管是导通还是截止，并确定各电路的输出电压值。设二极管导通电压D U =0.7V 。 第1单元能力训练检测题（共100分，120分钟） 一、填空题：（每空0.5分，共20分） 1、由二值变量所构成的因果关系称为逻辑关系。能够反映和处理逻辑关系的数学工具称为逻辑代数。 2、在正逻辑的约定下，“1”表示高电平，“0”表示低电平。 3、数字电路中，输入信号和输出信号之间的关系是逻辑关系，所以数字电路也称为逻辑电路。在逻辑关系中，最基本的关系是与逻辑、或逻辑和非逻辑。 4、用来表示各种计数制数码个数的数称为基数，同一数码在不同数位所代表的权不同。十进制计数各位的基数是10，位权是10的幂。 5、8421 BCD码和2421码是有权码；余3码和格雷码是无权码。 6、进位计数制是表示数值大小的各种方法的统称。一般都是按照进位方式来实现计数的，简称为数制。任意进制数转换为十进制数时，均采用按位权展开求和的方法。 7、十进制整数转换成二进制时采用除2取余法；十进制小数转换成二进制时采用乘2取整法。 8、十进制数转换为八进制和十六进制时，应先转换成二进制，然后再根据转换的二进数，按照三个数码一组转换成八进制；按四个数码一组转换成十六进制。 9、逻辑代数的基本定律有交换律、结合律、分配律、反演律和非非律。 10、最简与或表达式是指在表达式中与项中的变量最少，且或项也最少。 13、卡诺图是将代表最小项的小方格按相邻原则排列而构成的方块图。卡诺图的画图规则：任意两个几何位置相邻的最小项之间，只允许一位变量的取值不同。 14、在化简的过程中，约束项可以根据需要看作1或0。 二、判断正误题（每小题1分，共10分） 1、奇偶校验码是最基本的检错码，用来使用PCM方法传送讯号时避免出错。（对） 2、异或函数与同或函数在逻辑上互为反函数。（对） 3、8421BCD码、2421BCD码和余3码都属于有权码。（错） 4、二进制计数中各位的基是2，不同数位的权是2的幂。（对） 3、每个最小项都是各变量相“与”构成的，即n个变量的最小项含有n个因子。（对） 4、因为逻辑表达式A+B+AB=A+B成立，所以AB=0成立。（错） 5、逻辑函数F=A B+A B+B C+B C已是最简与或表达式。（错） 6、利用约束项化简时，将全部约束项都画入卡诺图，可得到函数的最简形式。（错） 7、卡诺图中为1的方格均表示逻辑函数的一个最小项。（对） 8、在逻辑运算中，“与”逻辑的符号级别最高。（对） 第一章 逻辑代数基础 数制转换 1. 10= ( )2 =( )8=( )16 2. 16=( )2=( )10 3. 2=( )8=( )10 写出下列数的八位二进制数的原码、反码、补码 原码，就是用最高位表示数符(0表示正数、1表示负数)。正数，原码=反码=补码；负数，反码：除符号位以外，对原码逐位取反；补码：反码+1 1.（-35）10= ( )原码= ()反码=()补码 2. (+35)10 = (00100011 )原码= (00100011)反码=(00100011)补码 3. (-110101)2 = ( )原码= ()反码=()补码 4. (+110101)2 = (00110101 )原码= (00110101)反码=(00110101)补码 5. (-17)8=( )原码= ()反码=()补码 . 将下列三位BCD 码转换为十进制数 根据BCD 码的编码规则，四位一组展成对应的十进制数。 1. ()余3码 = （263）10 2. ()8421码= （596）10 分别求下列函数的对偶式Y ‘ 和反函数Y 1. D C B A Y ++=)( D C B A Y ?+?=)(' D C B A Y ?+?=)( 2. D A C B A Y ++= )()('D A C B A Y +??+= D C B A Y ?+?=)( 求下列函数的与非-与非式。 1. B A AB Y += B A AB Y ?= 将下列函数展成最小项之和的标准形式 1. Y=C B B A ?+? C B A C B A C B A C B A C B A C B A C B A A A C B C C B A Y ??+??+??=??+??+??+??=+??++??=)()( 2. Q R S Y += 第八章（选择、判断、填空共23题） 一.选择题 1、PROM、PLA、PAL三种可编程器件中，（）是可编程的。 A、PROM的或门阵列 B、PAL的与门阵列 C、PAL的与门阵列或门阵列 D、PROM的与门阵列 2、PAL是指（）。 A、可编程逻辑阵列 B、可编程阵列逻辑 C、通用阵列逻辑 D、只读存储器 3、用PROM进行逻辑设计时，应将逻辑函数表达式表示成（）。 A、最简“与—或”表达式 B、最简“或—与”表达式 C、标准“与—或”表达式 D、标准“或—与”表达式 4．可编程逻辑器件PLD，其内部均由与阵列和或阵列组成。其中，与阵列可编程的器件有（） A、ROM B、PLA C、PAL D、GAL 5、用PLA进行逻辑设计时，应将逻辑函数表达式变换成（）。 A、异或表达式 B、与非表达式 C、最简“与—或”表达式 D、标准“或—与”表达式 6、GAL16V8的最多输入输出端个数为（）。 A、8输入8输出 B、10输入10输出 C、16输入8输出 D、16输入1输出 7、ispLSI器件中的GLB是指（）。 A、全局布线区 B、通用逻辑块 C、输出布线区 D、输出控制单元 8、SYNARIO是一种（） A、时钟信号 B、布线软件 C、通用电子设计工具软件 D、绘图工具 9、GAL是指（）。 A、专用集成电路 B、可编程逻辑阵列逻辑 C、通用集成电路 D、通用阵列逻辑 10．在使用isp设计软件时，完成了（）这一步之后，既可对器件进行下载编程。 A、设计输入 B、布局布线 C、逻辑仿真 D、JED文件生成 二、判断改错题（判断各题正误，正确的在括号内记“√”，错误的的在括号内记“×”并改正。） 1．PLA的与门阵列是可编程的，或门阵列是固定的。（） 2．用PROM实现四位二进制到Gray码的转换时，要求PROM的容量为4 × 4b。（）3．进行逻辑设计时，采用PLD器件比采用通用逻辑器件更加灵活方便。（） 4．用GAL器件即可实现组合电路功能，又可实现时序电路功能。（） 5．ispLSI系列器件是基于可编程数字开关的复杂PLD产品。（） 三、填空题 1．PLD是由等四部分电路组成。根据阵列和输出结构的不同，PLD可分为 1、 什么是有权码、无权码格雷码是否是有权码格雷码有什么特点BCD 代码代表的信息 是什么 2、 ◤写出四位二进制码与格雷码的变换关系将二进制数(1011100)2转换成典型的格 雷码为 。 3、 有一数码，作为自然二进制数时，它相当于十进制数 ，作为8421BCD 码时， 它相当于十进制数 。 4、 ()()()21016 10110______==； 108421BCD (56)( ) =； 2421BCD 10(10110011)(____)= 5、 ()()()108421369____________________BCD BCD ==余 6、 ()()()()102816131.5625____________________________________________=== 7、 ()()()310842*********.1001______________________________BCD BCD ==余 8、 余3BCD 码1100所对应的十进制数是多少 （ ） 9、 与二进制数 2 对应等值的16进制数是：（ ）16 10、 与十进制数10 对应等值的二进制数是多少(精度要求小数点后取3位)为： （ ） 11、 将十进制小数转换成二进制小数，要求截断误差不大于，则这个二进制小数为 12、 2006个1连续进行异或运算的结果是 。 13、 逻辑代数中三个规则的重要名称是： 、 、 。 14、 已知某函数()() D C AB D C A B F +++= ，该函数的对偶函数 F*= 。 15、 求函数F 的反演和对偶式.[()]F A B BC CD AD E =++ 16、 求函数F [()]F A B BC CD AD E =++的反演和对偶式 17、 直接写出()=+++?+F ABC BCD AB C B D 的反函数及对偶函数表达式（不必化 简）。 * F F == 数字电子技术基础答案 第1章 自测题 1.1填空题 1. 100011.11 00110101.01110101 11110.01 1E.4 2. 4 3. n 2 4. 逻辑代数 卡诺图 5.)(D C B A F += )(D C B A F +=' 6.))((C B D C B A F +++= 7. 代数法 卡诺图 8. 1 1.2判断题 1. √ 2.√ 3. × 1.3选择题 1.B 2.C 3.C 1.4 A F =1⊙B AB F =2 B A F +=3 1.5 1.6 C L = 1.7 AB C B A BC Y ++= 习题 1.1 当000012=A A A ,7A 到3A 有1个不为0时，就可以被十进制8整除 1.2 (a)AC BC AB F ++=1 （b ）B A AB F +=2 (c)C B A S ⊕⊕= AC BC AB C ++=0 1.3略 1.4 (1) ）（B A D C F ++=)(1 ))((1B A D C F ++=' (2) ）（B A B A F ++=)(2 ))((2B A B A F ++=' (3) E D C B A F =3 DE C AB F =' 3 (4) )()(4D A B A C E A F +++=）（ ))()((4D A C AB E A F +++=' 1.5 C B A F ⊕⊕= 1.6 (1) B A C B C A L ++= (2) D B C B D C A L +++= (3) AD L = (4) E ABCD L = (5) 0=L 1.7 C B A BC A C AB ABC C B A L +++=),,( 1.8(1) ABD D A C F ++=1 (2) BC AB AC F ++=2 (3) C A B A B A F ++=3 (有多个答案) (4) C B D C AB C A CD F +++=4 (5) C B A ABD C B A D B A F +++=5 (6) 16=F 1.9 (1) AD D C B B A F ++=1 (2) B A AC F +=2 (3) D A D B C B F ++=3 (4) B C F +=4 1.10 (1) C A B F +=1 (2) B C F +=2 (3) D A B C F ++=3 (4) C B A D B D C F ++=4 1.11 C A B A D F ++= 1.12 (1) D B A D C A D C B F ++=1（多种答案） (2) C B BCD D C D B F +++=2 (3) C B C A D C F ++=3 (4) A B F +=4 (5) BD D B F +=5 (6) C B D A D C A F ++=6（多种答案） (7) C A D B F +=7（多种答案） (8) BC D B F +=8（多种答案） (9) B D C F +=9 1.13 略 第2章 自测题 2.1 判断题 1. √ 2. √ 3. × 4. √ 5. √ 6. √ 7. × 8. √ 9. × 10√ 2.2 选择题 1．A B 2．C D 3．A 4．B 5．B 6．A B D 7．C 8．A C D 9．A C D 10.B 习题 2.1解：ABC Y =1 第七章半导体存储器 [题7.1] 存储器和寄存器在电路结构和工作原理上有何不同？ [解] 参见第7.1节。 [题7.2] 动态存储器和静态存储器在电路结构和读/写操作上有何不同？ [解] 参见第7.3.1节和第7.3.2节。 [题7.3] 某台计算机的内存储器设置有32位的地址线，16位并行数据输入/输出端，试计算它的最大存储量是多少？ [解] 最大存储量为232×16=210×210×210×26=1K×1K×1K×26=64G [题7.4] 试用4片2114（1024×4位的RAM）和3线-8线译码器74LS138（见图3.3.8）组成4096×4位的RAM。 [解] 见图A7.4。 [题7.5] 试用16片2114（1024×4位的RAM）和3线-8线译码器74LS138（见图3.3.8）接成一个8K×8位的RAM。 [解] 见图A7.5。 [题7.6] 已知ROM 的数据表如表P7.6所示，若将地址输入A 3A 2A 1A 0作为4个输入逻辑变量，将数据输出D 3D 2D 1D 0作为函数输出，试写出输出与输入间的逻辑函数式。 [ 解] D 3=0123012301230123A A A A A A A A A A A A A A A A +++ D 2=01230123012301230123A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A ++++ +0123A A A A D 1=0123012301230123A A A A A A A A A A A A A A A A +++ D 0=01230123A A A A A A A A + [题7.7] 图P7.7是一个16×4位的ROM ，A 3、、A 2、A 1、A 0为地址输入，D 3、D 2、D 1、D 0是数据输出，若将D 3、D 2、D 1、D 0视为A 3、、A 2、A 1、A 0的逻辑函数，试写出D 3、D 2、D 1、D 0的逻辑函数式。 [解] 01230123012301233A A A A A A A A A A A A A A A A D +++= 0123012301232A A A A A A A A A A A A D ++= 12301230123012301231A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A D ++++= 012301230123012301230A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A D ++++= 01230123 A A A A A A A A ++ [题7.8] 用16×4位的ROM 设计一个将两个2位二进制数相乘的乘法器电路，列出ROM 的数据表，画出存储矩阵的点阵图。 地址输入 数据输出 地址输入 数据输出 A 3A 2A 1A 0 D 3D 2D 1D 0 A 3A 2A 1A 0 D 3D 2D 1D 0 0000 000 1 0010 001 1 0100 010 1 0110 011 1 000 1 0010 0010 0100 0010 0100 0100 1000 1000 100 1 1010 101 1 1100 110 1 1110 111 1 0010 0100 0100 1000 0100 1000 1000 000 1 习题八答案 1． 试比较多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的工作特点，并说明每种电路的主要 用途。 答：多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。改变外接R 、C 定时元件数值的大小，可调节振荡频率。 施密特触发器具有回差特性，它有两个稳定状态，有两个不同的触发电平。施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。 单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。输入信号起到触发电路进入暂稳态的作用，其输出脉冲的宽度取决于电路本身 R 、C 定时元件的数值。改变 R 、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。 多谐振荡器是常用的矩形脉冲产生电路。施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路。施密特触发器可用来进行整形、幅度鉴别、构成多谐振荡器等。单稳态触发器常用于脉冲的延时、定时和整形等。 ２．在图8.2所示５５５集成定时器中，输出电压uo 为高电平ＵＯＨ、低电平ＵＯＬ及保持原来状态不变的输入信号条件各是什么？假定ＵＣＯ端已通过0.01μF 接地，u D 端悬空。 答：当1=R 时， TR U <3V CC ，则C 2输出低电平， 1=Q ，OH o U u =。 当1=R 时， TH U > 32V CC ，TR U >3V CC ，则C 1输出低电平、C 2输出高电平，1=Q 、0=Q ，OL o U u =。 当1=R 时， TH U < 3 2V CC ，TR U >3V CC ，则C 1 C 2输出均为高电平，基本RS 触发 器保持原来状态不变，因此o u 保持原来状态不变。 ３．在图8.3所示多谐振荡器中，欲降低电路振荡频率，试说明下面列举的各种方法中，哪些是正确的，为什么？ 1） 加大R 1的阻值； 2） 加大R 2的阻值； 3） 减小C 的容量。 答：根据式（8-2）()ln221121C R R T f +== 可知，1）2）两种方法是正确的。 ４．在图8.3用555定时器构成的多谐振荡器电路中，若R 1 = R 2=5.1k Ω，C=0.01μF ，V CC =12V ，试计算电路的振荡频率和占空比。 答：根据式（8-2）()ln221121C R R T f +== 可知，f ≈9.429 KHz 根据式（8-3）2 12 112R R R R T t q w ++==可知，3 2=q 5．在图8.7占空比可调的多谐振荡器中，C=0.2μF ，V CC =9V ，要求其振荡频率f =1KHz ，占空比q=0.5，估算R 1 、R 2的阻值。模拟与数字电子电路基础作业答案5
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