第2章_逻辑门电路 习题答案

第2章逻辑门电路2.1 题图2.1(a)画出了几种两输入端的门电路，试对应题图2.1(b)中的A、B波形画出各门的输出F1～F6的波形。

题图2.1解:2.2 求题图2.2所示电路的输出逻辑函数F1、F2。

题图2.2解:2.3 题图2.3中的电路均为TTL门电路，试写出各电路输出Y1～Y8状态。

题图2.3解: Y1=0, Y2=0, Y3=Hi-Z, Y4=0, Y5=0, Y6=0, Y7=0, Y8=0.2.4 题图2.4中各门电路为CMOS电路，试求各电路输出端Y1、Y2和Y的值。

题图2.4解: Y1=1, Y2=0, Y3=0.2.5 6个门电路及A、B波形如题图2.5所示，试写出F1～F6的逻辑函数，并对应A、B波形画出F1～F6的波形。

题图2.5解：2.6 电路及输入波形分别如题图2.6(a)和2.6(b)所示，试对应A、B、C、x1、x2、x3波形画出F端波形。

题图2.6解：2.7 TTL与非门的扇出系数N是多少？它由拉电流负载个数决定还是由灌电流负载决定？解: N≤8 N由灌电流负载个数决定.2.8 题图2.8表示三态门用于总线传输的示意图，图中三个三态门的输出接到数据传输总线，D1D2、D3D4、…、D m D n为三态门的输入端，EN1、EN2、EN n分别为各三态门的片选输入端。

试问：EN信号应如何控制，以便输入数据D1D2、D3D4、…、D m D n顺序地通过数据总线传输（画出EN1～EN n 的对应波形）。

题图2.8解：用下表表示数据传输情况2.9 某工厂生产的双互补对称反相器（4007）引出端如题图2.9所示，试分别连接成：（1）反相器；（2）三输入与非门；（3）三输入或非门。

题图2.9解： (1) 反向器(2)与非门 (3)或非门2.10 按下列函数画出NMOS 电路图。

123()()()F AB CD E H G F A B CD AB CD F A B=+++=+++=⊕解：(1)(2) (3)2.11 将两个OC门如题图2.11连接，试写出各种组合下的输出电压u o及逻辑表达式。

第二章门电路一、内容提要本章系统地讲述了数字电路的基本逻辑单元——门电路。

由于门电路中的二极管和三极管经常工作在开关状态，所以首先介绍了它们在开关状态下的工作特性。

然后，重点讨论了目前广泛使用的TTL门电路和CMOS门电路。

对于每一种门电路，除了讲解它们的工作原理和逻辑功能以外，还着重介绍了它们作为电子器件的电气特性，特别是输入特性和输出特性，以便为实际使用这些器件打下必要的基础。

二、重点难点虽然这一章讨论的只是门电路的外特性，但无论集成电路内部电路多么复杂，只要它们和这一章所讲的门电路具有相同的输入、输出电路结构，则这里对输入、输出特性的分析对它们也同样适用。

因此，这一章是全书对电路进行分析的基础。

本章的重点内容包括以下三个方面:1、半导体二极管和三极管(包括双极型和MOS型)开关状态下的等效电路和外特性;2、TTL电路的外特性及其应用;3、CMOS电路的外特性及应用。

为了正确理解和运用这些外特性，需要了解TTL电路和CMOS电路的输入电路和输出电路结构及它们的工作原理。

内部的电路结构不是重点内容。

鉴于CMOS电路在数字集成电路中所占的比重已远远超过了TTL电路，建议在讲授时适当加大CMOS电路的比重，并相应压缩TTL电路的内容。

TTL电路的外特性是本章的一个难点，同时也是一个重点。

尤其是输入端采用多发射极三极管结构时，对输入特性的全面分析比较复杂。

从实用的角度出发，只要弄清输入为高/低电平时输入电流的实际方向和数值的近似计算就可以了。

三、习题精解知识点:三极管饱和、截止的分析判断。

例2．1 电路如图2.1所示。

求使三极管截止的v imax ；保证三极管饱和的v imin ，已知三极管β＝30，V BE ＝0．7V ，V CES ＝0．3V 。

解 三极管的开关条件分别为：V BE ≤0，三极管截止，I B ≥I BS 三极管饱和导通。

当三极管截止时，其等效电路如图2.2（a ）所示。

I B＝0，则01010221≤-++=R R R v V i BE图2.1图2.2 即010*******≤-ΩΩ+Ω+V k k k Vv i解得 v i ≤2V 即 v imax ≤2V当三极管饱和导通时，其等效电路如图2.2(b)所示。

第二章 逻辑门电路集成逻辑门电路是组成各种数字电路的基本单元。

通过本章的学习，要求读者了解集成逻辑门的基本结构，理解各种集成逻辑门电路的工作原理，掌握集成逻辑门的外部特性及主要参数，掌握不同逻辑门之间的接口电路，以便于正确使用逻辑门电路。

第一节 基本知识、重点与难点一、基本知识（一） TTL 与非门 1．结构特点TTL 与非门电路结构，由输入极、中间极和输出级三部分组成。

输入级采用多发射极晶体管，实现对输入信号的与的逻辑功能。

输出级采用推拉式输出结构（也称图腾柱结构），具有较强的负载能力。

2．TTL 与非门的电路特性及主要参数 （1）电压传输特性与非门电压传输特性是指TTL 与非门输出电压U O 与输入电压U I 之间的关系曲线，即U O=f （U I ）。

（2）输入特性当输入端为低电平U IL 时，与非门对信号源呈现灌电流负载，1ILbe1CC IL R U U U I −−−=称为输入低电平电流，通常I IL ＝-1～1.4mA 。

当输入端为高电平U IH 时，与非门对信号源呈现拉电流负载，通常I IH ≤50μA 称为输入高电平电流。

（3）输入负载特性实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况。

若U i ≤U OFF ，则电阻的接入相当于该输入端输入低电平，此时的电阻称为关门电阻，记为R OFF 。

若U i ≥U ON ，则电阻的接入相当于该输入端输入高电平，此时的电阻称为开门电阻，记为R ON 。

通常R OFF ≤0.7K Ω，R ON ≥2K Ω。

（4）输出特性反映与非门带载能力的一个重要参数--扇出系数N O 是指在灌电流（输出低电平）状态下驱动同类门的个数IL OLmax O /I I N =其中OLmax I 为最大允许灌电流，I IL 是一个负载门灌入本级的电流（≈1.4mA ）。

N O 越大，说明门的负载能力越强。

（5）传输延迟时间传输延迟时间表明与非门开关速度的重要参数。

第二章逻辑门电路第一节重点与难点一、重点：1．TTL与非门外特性（1）电压传输特性及输入噪声容限：由电压传输特性曲线可以得出与非门的输出信号随输入信号的变化情况，同时还可以得出反映与非门抗干扰能力的参数U on、U off、U NH和U NL。

开门电平U ON是保证输出电平为最高低电平时输入高电平的最小值。

关门电平U OFF 是保证输出电平为最小高电平时，所允许的输入低电平的最大值。

（2）输入特性：描述与非门对信号源的负载效应。

根据输入端电平的高低，与非门呈现出不同的负载效应，当输入端为低电平U IL时，与非门对信号源是灌电流负载，输入低电平电流I IL通常为1～1.4mA。

当输入端为高电平U IH时，与非门对信号源呈现拉电流负载，输入高电平电流I IH通常小于50μA。

（3）输入负载特性：实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况，电阻的取值不同，将影响相应输入端的电平取值。

当R≤关门电阻R OFF时，相应的输入端相当于输入低电平；当R≥ 开门电阻R ON时，相应的输入端相当于输入高电平。

2．其它类型的TTL门电路（1）集电极开路与非门（OC门）多个TTL与非门输出端不能直接并联使用，实现线与功能。

而集电极开路与非门（OC 门）输出端可以直接相连，实现线与的功能，它与普通的TTL与非门的差别在于用外接电阻代替复合管。

（2）三态门TSL三态门即保持推拉式输出级的优点，又能实现线与功能。

它的输出除了具有一般与非门的两种状态外，还具有高输出阻抗的第三个状态，称为高阻态，又称禁止态。

处于何种状态由使能端控制。

3．CMOS逻辑门电路CMOS反相器和CMOS传输门是CMOS逻辑门电路的最基本单元电路，由此可以构成各种CMOS逻辑电路。

当CMOS反相器处于稳态时，无论输出高电平还是低电平，两管中总有一管导通，一管截止，电源仅向反相器提供nA级电流，功耗非常小。

CMOS器件门限电平U TH近似等于1/2U DD，可获得最大限度的输入端噪声容限U NH和U NL=1/2U DD。

数字逻辑课后答案第⼆章第⼆章组合逻辑1. 分析图中所⽰的逻辑电路，写出表达式并进⾏化简2. 分析下图所⽰逻辑电路，其中S3、S2、S1、S0为控制输⼊端，列出真值表，说明 F 与 A 、B 的关系。

F1=F2=F=F 1F 2=BF = AB + B = ABA F = AB BABC CABC = AB + AC + BC + BC = AB + BC + BC1SB BS A ++32S B A ABS +1S B BS A ++3. 分析下图所⽰逻辑电路，列出真值表，说明其逻辑功能。

解： F1==真值表如下：当B ≠C 时， F1=A 当B=C=1时， F1=A 当B=C=0时， F1=0裁判判决电路，A 为主裁判，在A 同意的前提下，只要有⼀位副裁判（B ，C ）同意，成绩就有效。

F2=真值表如下：CB BC A C AB C B A +++ABCC B A ABC C B A C B A +⊕=++)(A B C F 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 100000111AC BC AB C A C B B A ++=++当A 、B 、C 三个变量中有两个及两个以上同时为“1”时，F2 = 1 。

4.图所⽰为数据总线上的⼀种判零电路，写出F 的逻辑表达式，说明该电路的逻辑功能。

解：F=只有当变量A0~A15全为0时，F = 1；否则，F = 0。

因此，电路的功能是判断变量是否全部为逻辑“0”。

5. 分析下图所⽰逻辑电路，列出真值表，说明其逻辑功能解：因此，这是⼀个四选⼀的选择器。

6. 下图所⽰为两种⼗进制数代码转换器，输⼊为余三码，输出为什么代码？解：A B C F 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1000011111514131211109876543210A A A A A A A A A A A A A A A A +++301201101001X A A X A A X A A X A A F +++=这是⼀个余三码⾄8421 BCD 码转换的电路7. 下图是⼀个受 M 控制的4位⼆进制码和格雷码的相互转换电路。

第一章 逻辑代数基础 例题1.与(10000111)BCD 相等的十进制数是87， 二进制数是1010111 十六进制数是57，2.AB+CD=0（约束项）求 的最简与或表达式。

解：D C A C B A Z +=，见图1-1， 得3.若F(A,B,C,D)=∑m(0,1,2,3,4,7,15）的函数可化简为： 则可能存在的约束项为（ 3 ）。

见图1-21．逻辑函数式Y A B C D =++（）的反演式为 D C B A + 2. 在下列不同进制的数中，数值最大的数是（ D ）1051A.（） .101010B 2（） 163E C.（） D.（01011001）8421BCD 码 3、用卡诺图化简下式为最简与或式。

D C B A ++ Y(A,B,C,D)= ∑m(0,2,4,5,6,8,9)+ ∑d(10,11,12,13,14,15) 4.已知F ABC CD =+选出下列可以肯定使F=0的情况（ D )A. A=0，BC=1B. B=C=1C. D=0，C=1D. BC=1，D=1 5、是8421BCD 码的是（ B ）。

A 、1010 B C 、1100 D 、11016、欲对全班43个学生以二进制代码编码表示，最少需要二进制码的位数是（ B ）。

A 、5B 、6C 、8D 、437、逻辑函数F(A,B,C) = AB+B C+C A 的最小项标准式为（ D ）。

A 、F(A,B,C)=∑m(0,2,4)B 、F(A,B,C)=∑m(1,5,6,7)C 、F(A,B,C)=∑m (0,2,3,4)D 、F(A,B,C)=∑m(3,4,6,7)Z A BC A B AC D =++Z Z AC AC =+()B C D C D ++1..2..3..4..AC A DA C AB A D A B A B B C++++8、用代数法化简下式为最简与或式。

A+CC B BC C B A BCD A A F ++++=判断题1.若两个函数具有不同的真值表，则两个逻辑函数必然不相等。

第2章 习题答案2-1 二极管、三极管用于数字电路中与用于模拟电路有什么不同？答：二极管和三极管在数字电路中主要用作开关，工作于大信号状态，即二极管工作在正向导通和反向截止两个状态，三极管工作在饱和于截止两个状态； 模拟电路中二极管一般工作在小信号状态或反向击穿状态，三极管一般工作在放大状态。

2-2 有两个二极管A 和B ，在相同条件下测得A 管的I F ＝10mA ，I R ＝2mA ；B 管的I F＝30mA ，I R ＝0.5μA ；比较而言，哪个性能更好？答：B 管更好，因为其反向漏电流较小而正向允许电流大。

2-3 三极管工作在截止、饱和、放大状态的外部条件各是什么？答：截止时，使发射结反偏即v BE ≤0；饱和时，使基极电流等于或大于基极饱和电流，即i B ≥I BS =V CC /βR C ；放大时，使发射结正偏，而i B <I BS =V CC /βR C 。

2-4 MOS 管工作在截止、恒流、可变电阻区的外部条件各是什么？ 答：对于常用的增强型NMOS 管，截止时，使栅源电压小于开启电压V T 即v GS >V GS(th)N ；工作于恒流区时，使v DS >v GS - V GS(th)N ；工作于可变电阻区时，使v DS <v GS - V GS(th)N2-5 二极管电路如图P2-5所示。

v I ＝5sin ωt （V ），假设二极管是理想二极管，试画出输出 v O 的波形。

若考虑二极管的导通压降V D ＝0.7V ，画出输出v O 的波形。

解：输出波形如图解P2-5所示。

(a)为输入波形， D 为理想二极管时输出波形为(b)， 考虑D 导通压降为0.7伏时输出波形为(c)。

2-6 二极管开关电路如图P2-6所示。

二极管导通电压为0.7V ，试分析输入端A 、B 分别为0V 和5V 时管子的工作状态，输出电压v O ＝？解：v A =5V ，v B =0V 时，D 2、D 1均导通 v O =–0.7V ； v A =5V ，v B =5V 时， D 2、D 1均导通 v O =4.3V ； v A =0V ，v B =5V 时，D 1 导通、D 2截止 v O =4.3V ； v A =5V, v B =0V 时, D 1截止、D 2导通 v O =4.3V 。

第2章习题一、单选题1.若在编码器中有50个编码对象，则输出二进制代码位数至少需要（B ）位。

A）5 B）6 C）10 D）502.一个16选1的数据选择器，其选择控制（地址）输入端有（C ）个，数据输入端有（D ）个，输出端有（A ）个。

A）1 B）2 C）4 D）163.一个8选1的数据选择器，当选择控制端S2S1S0的值分别为101时，输出端输出（D ）的值。

A）1 B）0 C）D4D）D54.一个译码器若有100个译码输出端，则译码输入端至少有（C ）个。

A）5 B）6 C）7 D）85.能实现并-串转换的是（C ）。

A）数值比较器B）译码器C）数据选择器D）数据分配器6.能实现1位二进制带进位加法运算的是（B ）。

A）半加器B）全加器C）加法器D）运算器7.欲设计一个3位无符号数乘法器（即3×3），需要（）位输入及（D ）位输出信号。

A）3，6 B）6，3 C）3，3 D）6，68.欲设计一个8位数值比较器，需要（）位数据输入及（B ）位输出信号。

A）8，3 B）16，3 C）8，8 D）16，169. 4位输入的二进制译码器，其输出应有（A ）位。

A）16 B）8 C）4 D）1二、判断题1. 在二——十进制译码器中，未使用的输入编码应做约束项处理。

（✓）2. 编码器在任何时刻只能对一个输入信号进行编码。

（✓）3. 优先编码器的输入信号是相互排斥的，不容许多个编码信号同时有效。

（✗）4. 编码和译码是互逆的过程。

（✓）5. 共阴发光二极管数码显示器需选用有效输出为高电平的七段显示译码器来驱动。

（✓）6. 3位二进制编码器是3位输入、8位输出。

（✗）7. 组合逻辑电路的特点是：任何时刻电路的稳定输出，仅仅取决于该时刻各个输入变量的取值，与电路原来的状态无关。

（✓）8. 半加器与全加器的区别在于半加器无进位输出，而全加器有进位输出。

（✗）9. 串行进位加法器的优点是电路简单、连接方便，而且运算速度快。

第1章 数字电路基础知识1 电子电路主要分为两类：一类是电子电路主要分为两类：一类是 模拟电路 ，另一类是，另一类是 数字电路 。

2 模拟电路处理的是模拟电路处理的是 模拟信号 ，而数字电路处理的是，而数字电路处理的是 数字信号 。

3 晶体管（即半导体三极管）的工作状态有三种：晶体管（即半导体三极管）的工作状态有三种：截止截止、 放大和 饱和。

在模拟电路中，晶体管主要工作在体管主要工作在 放大状态 。

4 在数字电路中，晶体管工作在在数字电路中，晶体管工作在 截止与 饱和状态，也称为状态，也称为 “开关”状态。

状态。

5 模拟信号是一种模拟信号是一种大小随时间连续变化大小随时间连续变化的电压或电流，数字信号是一种的电压或电流，数字信号是一种突变突变的电压和电流。

6 模拟信号的电压或电流的大小是模拟信号的电压或电流的大小是随时间连续缓慢变化的随时间连续缓慢变化的，而数字信号的特点是“保持”（一段时间内维持低电压或高电压）和“段时间内维持低电压或高电压）和“突变突变”（低电压与高电压的转换瞬间完成）。

7 在数字电路中常将0~1v 范围的电压称为范围的电压称为低电平低电平，用，用““0”来表示；将3~5v 范围的电压称为高电平，用，用““1”来表示。

来表示。

介绍了数字电路的发展状况和数字电路的一些应用领域，并将数字电路和模拟电路进行了比较，让读者了解两者的区别，以利于后面数字电路的学习。

以利于后面数字电路的学习。

第2章 门电路1 基本门电路有基本门电路有与门与门、或门、非门三种。

三种。

2 与门电路的特点是：只有输入端都为只有输入端都为 高电平 时，输出端才会输出高电平；只要有一个输入端为“0”，输出端就会输出输出端就会输出 低电平 。

与门的逻辑表达式是与门的逻辑表达式是 Y A B =· 。

3 或门电路的特点是：只要有一个输入端为只要有一个输入端为 高电平 ，输出端就会输出高电平。

只有输入端都为 低电平 时，输出端才会输出低电平。