第3章-逻辑门电路

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NOH和灌电流工作时的扇出数NOL，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IOH=，IOL=8mA，IIH=,IIL=；74ALS系列输入电流参数的数值为IIH=，IIL=，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

0.4200.02OHOHIHImANImA

输出为低电平的扇出数 8200.4OLOLILImANImA

所以，74LS系列驱动同类门时的扇出数NO为20。

（2） 同理可计算出74LS系列驱动74ALS系列时，有

0.4200.02OHOHIHImANImA

8800.1OLOLILImANImA

所以，74LS系列驱动74ALS系列时的扇出数NO为20。

3.1.4 已知图题所示各MOSFET管的TV=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VT为正。当GSV＜VT时，MOS管处于截止状态；当GSV≥VT，且DSv≥（GSV—VT）时，MOS管处于饱和导通状态。 对于图题3.1.4（a），GSV=5V，DSv=5V，可以判断该MOS管处于饱和导通状态。对于图题

3.1.4（c），GSV=0V＜VT，所以MOS管处于截止状态。

P沟道增强型MOS管得开启电压VT为负。当GSV＞VT时，MOS管处于截止状态；当GSV≤VT，且DSv≤（GSV—VT）时，MOS管处于饱和导通状态。对于图题3.1.4（b），GSV=0V＞﹣2V，该MOS管处于截止状态。对于图题（d），GSV=-5V，GSV=﹣5V，可以判断该MOS管处于饱和导通状态。

3.1.5 为什么说74HC系列CMOS与非门在﹢5V电源工作时，输入端在以下四种接法下都属于逻辑0：（1）输入端接地；（2）输入端低于的电源；（3）输入端同类与非门的输出低电压；（4）输入端接10kΩ的电阻到地。

解：对于74HC系列CMOS门电路来说，输出和输入低电平的标准电压值为：VOL=，

VIL=。因此，有：

（1） Iv=0＜VIL=，属于逻辑0。

（2） Iv＜=VIL，属于逻辑0。

（3） Iv=＜VIL=，属于逻辑0。

（4） 由于CMOS管得栅极电流非常小，通常小于1uA，在10kΩ电阻上产生的压降小于10mV即Iv＜＜VIL=，故亦属于逻辑0。

3.1.6 试分析图题3.1.6所示的电路，写出其逻辑表达式，说明它是说明逻辑电路

解：该电路由两部分组成，如图题3.1.6所示，细线左边为一级与非门，虚线右边组成与或非门，其中T1N和T2N并联实现与功能，两者再与T3N串联实现或功能。与非门的输出XAB。

与或非门的输出L为

()()LABXABABABABAB

该电路实现同或功能。

3.1.7 求图题3.1.7所示电路的输出逻辑表达式。

解：图题3.1.7所示电路中，1234,,,LABLBCLDL实现与功能，即4123LLLL，而4LLE，所以输出逻辑表达式为LABBCDE。

3.1.8 用三个漏极开路与非门74HC03和一个TTL与非门74LS00实现图题所示的电路，已知CMOS管截止时的漏电流IOZ=5uA, 试计算RP(min)和RP(max)。 解：第一级的两个与非门和一个非门用漏极开路与非门74HC03组成，第二级的与非门用TTL与非门74LS00实现。

从附录A查得74HC系列的参数为：VOL(max)=,IOL(max)=4 mA，VOH(min)=；74LS系列的参数为：IIL(max)=，IIH(max)=。

因为三个漏极开路门的公共上拉电阻RP的下端74LS00的一个输入端，即：

在灌电流情况下，求出RP的最小值：

(max)(min)(max)()(50.33)1.3(40.4)DDOLpOLILtotalVVVRkIImA

在拉电流情况下，求出RP的最大值

(min)(max)()()(53.84)33.1(0.00530.02)DDOHpOZtotalIHtotalVVVRkIImA

3.1.9 .图题.表示三态门作总线传输的示意图，图中n个三态门的输出接数据传输总线，D1、D2、…、nD为数据输入端，CS1、CS2、…、iCS为片选信号输入端。试问：（1）CS信号如何进行控制，以便数据D1、D2、…、nD通过该总线进行正常传输；（2）CS信号能否有两个或两个以上同时有效如果CS出现两个或两个以上有效，可能发生什么情况（3）如果CS信号均无效，总线处在什么状态

解：（1）根据图题3.1.9可知，片选信号CS1、CS2、…、iCS为高电平有效，当iCS=1时，第i个三态门被选中，其输入数据被送到数据传输总线上。根据数据传输的速度，分时地给CS1、CS2、…、iCS端以正脉冲信号，使其相应的三态门的输出数据能分时地到达总线上。 （2）CS信号不能有两个或两个以上同时有效，否则两个不同的信号将在总线上发生冲突。即总线不能同时既为0又为1。

（3）如果所有CS信号均无效，总线处于高阻状态。

3.1.10 某厂生产的双互补对及反相器（4007）引出端如图题所示，试分别连接：（1）三个反相器；（2）三输入端或非门；（3）三输入端与非门；（4）或与非门[()LCAB]；（5）传输门（一个非门控制两个传输门分时传送）。

解：（1）三个反相器

将图题3.1.10所示电路按下列方式连接，可以得到三个反相器。

① 8、13相连，6端为输入，8端为输出，14端接VDD，7端接地；

② 1、5相连，3端为输入，5端为输出，2端接VDD，4端接地；

③ 10端为输入，12端为输出，11端接VDD，9端接地。

（2）三输入端或非门

电路图如图题解3.1.10（a）所示。

（3） 三输入端与非门 电路图如图题解3.1.10（b）所示。

（4） 或与非门

电路图如图题解3.1.10（c）所示。

（5） 传输门

电路图如图题解3.1.10（d）所示，由6端输入的信号控制TG1、TG2、分时传送数据。6端接低电平时，TG1、导通，2端得数据传送到12端；6端接高电平时，TG2导通，4端得数据传送到12端。

3.1.11 试分析图题3.1.11所示某CMOS器件的电路，写出其逻辑表达式，说明它是什么逻辑电路。

解：电路由两个输入反相器、一个输出反相器、一个传输门T1、T2 、和T3构成的电路组成。传输门由B和B控制，当B=0时传输门导通，当B=1时传输门截止。T1、T2、和T3构成电路的工作状态由B控制，当B=1时T1、T3均截止，T1、T2、和T3构成的电路不工作；当B=0时T1、T3均导通，T1、T2和T3构成的电路工作，并且起反相作用，其输出等于A。

综上所述，当B=0时，T1、T2 、和T3构成的电路不工作，传输门导通，输出L=A；当B=1时T1、T2、和T3构成的电路工作，传输门截止，输出LA。列出真值表如表题解3.1.11所示。其逻辑表达式LABABAB，故电路为异或门电路。

3.1.12 试分析图题3.1.12所示的CMOS电路，说明它们的逻辑功能。

解：对于图题3.1.12（a）所示的CMOS电路，当EN0时，TP2和TN2均导通，TP1和

TN2构成的的反相器正常工作，LA；当EN1时，TP2和TN2均截止，无论A为高电平还是低电平，输出端均为高阻状态，其真值表如表题解3.1.12所示，该电路是低电平使能三态非门，其表示符号如图题解（a）所示。

图题3.1.12（b）所示的CMOS电路，EN0时，TP2导通，或非门打开，TP1和TN1构成的反相器正常工作，L=A；当EN1时，TP2截止，或非门输出低电平，使TN1截止，输出端处于高阻状态，该电路是低电平使能三态缓冲器，其标示符号如图题解（b）所示。

同理可以分析图题3.1.12（c）和图题（d）所示的CMOS电路，它们分别为高电平使能三态缓冲器和低电平使能三态非门，其标示符号分别如图题解（c）和图题解（d）所示。

3.1.13 试分析图题3.1.13所示传输门的电路，写出其逻辑表达式，说明它是说明逻辑电路。

解：对于图题3.1.13所示的电路，输入信号A作为传输门的控制信号，输入信号B通过传输门与输出L相连。当A=0时，传输门TG1导通，TG2断开，L=B；当A=1时，传输门TG1断开，TG2导通，LB；其真值表如表题解所示，该电路实现异或功能，LAB。

3.1.14 由CMOS传输门构成的电路如图题所示，试列出其真值表，说明该电路的逻辑功能。

解：当CS=1时，4个传输门均为断开状态，输出处于高阻状态。当CS=0时，4个传输门的工作状态由A和B决定，A=B=0时，TG1和TG2导通，TG3和TG4截止，L=1。依此分析电路可以列出真值表如表题解3.1.14所示，根据真值表可得LAB。该电路实现三态输出的2输入的或非功能。

TTL逻辑门电路

3.2.2 为什么说TTL与非门的输入端在以下四种接法下，都属于逻辑1：（1）输入端悬空；

（2）输入端接高于2V的电源；（3）输入端接同类与非门的输出高电压；（4）输入端接10kΩ电阻到地。

解：对于TTL门电路来说，输出和输入高电平的标准电压值为：VOH=，VIH=2V。

（1） 对于图题解3.2.2所示的与非门电路，当输入端悬空时，T1的发射极电流iE1=0，集电极结正偏。VCC通过Rb1和T1的继电结向T2、T3提供基极电流，使T2、T3饱和导通，输出为低电平。可见输入端悬空等效于逻辑1。

（2） Iv≥2V=VIH，属于逻辑1。

（3） Iv=＞VIH，属于逻辑1。

（4） 对于图题解3.2.2所示的与非门电路，考虑A端接10kΩ电阻接地，B端悬空时，则电源电压VCC=5V分配到Rb1（4kΩ）电阻、T1的发射结（）和10kΩ电阻上，显然，10(2)kIHVVV，故此时输入端亦属于逻辑1。

3.2.3 设有一74LS04反相器驱动两个74ALS04反相器和4个74LS04反相器。（1）问驱动门是否超载（2）若超载，试提出一改进方案；若未超载，问还可增加几个74LS04门

解：（1）根据题意，74LS04为驱动门，同时它又是负载门，负载门中还有74ALS04.

从附录A种查出74LS04和74ALS04的参数如下（不考虑符号）。