第3章-门电路-课后答案
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 --???=
-=-?≈ ?????
【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
- 4 -
- 5 -
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
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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
5.1
18 5.1
I E I v v v +=-
?+，18 5.1
3.9718 5.1
E R
K K ?=
Ω=Ω
+
若1
0,v V =则 2.2,
E
v
V =-故三极管处于截止状
态，0
10v 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 --==
==
- 7 -
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1
R 的阻值或用β值更大的三极管。
图A3.11(a)
b
e
V E
b
e
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0
v 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0.7
BE
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
。
- 8 -
-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
1.10.7
0.0745.4
B i mA mA -=
=。
而()
()
()
()
50.1
0.0495020.02CC 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，0
0.1CES V
V V
=≈。
- 9 -
图A3.12(a)
b
e
V E
b
e
E
R 3K
当输入端接有1
V 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，0
5V
V
=。
若1
5V 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，0
0.1CES 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)
- 10 -
- 11 -
1
2
1
2
(1)(0)A G G Y G G ?+=?
=??+=
?
A
G
G V CC
Y
(d)图P3.13
【解】 （a ）
Y A B
=?
（b ）Y A B =+
（c ）Y A B =+ （OC 门）
（d ） 当 （三态输出的反相器）
高阻态 当
【题3.16】
- 12 -
在图P3.16 有74系列TTL 与非门组成的电路中,计算门M
G 能驱动多少同样的
与非门。要求M
G 输出的高，低电平满足
3.2,0.4OH
OL V
V V V ≥≤。
与非门的输入电流为
111.6,40L H I mA I A μ≤-≤≤OL 。V 0.4V
时输出电流最大值为(max)
16, 3.2OL OH I mA V V
=≥时输出电流最大值
为(max)
0.4OH M
I mA G =-n 的输出电阻可忽略不计。
【解】 当0
0.4
OL V V ==V 时，
可求得
()116
101.6
OL mas L
I n I ≤
=
=
当 3.2O
OH V
V V
==时，可求得 ()10.4
'5220.4
OH mas H
I n I ≤
=
=?
故M
G 能驱动5个同样的与非门。 【题 3.17 】在图P3.17有74系列或非门组成的电路中，试求门M
G 能驱动多少
个同样的或非门。要求M
G 输出的高、低
电平满足 3.2,0.4OH
OL V
V V V
≥≤。或非门每个输入
图P3.16
- 13 -
端的输入电流为 1.6,40IL
IH I
mA V A
μ≤-≤。0.4OL
V
V
≤时输出电流的最大值为()
16, 3.2OL mas OH I
mA V V =≥时的输出电流的最大值为(max)
0.4OH I mA
=-，M
G
的输出电阻可忽略不计。 【解】 当0.4O
OL V
V V
==时，可以求得
(max)16
522 1.6
OL IL
I n I ≤
=
=?
当 3.2O
OH V
V V
==时，又
可求得
(max)0.4
'5
220.04
OH IH
I n I ≤
=
=?
故M
G 能驱动5个同样的或非门。 【题3.18】 试说明在下列情况下，用万用电表测量图P3.18的V 12端得到的电压各为多少： （1） v 11悬空； （2） v 11低电平（0.2
V ）； （3） v 11
高电平
图
P3.17
v 图P3.18
（3.2V）；
（4）v11经51 Ω电阻接地；
（5）v11经10 kΩ电阻接地。
图中的与非门为74系列的TTL电路，万用电表使用5V量程，内阻为20 kΩ/V。
【解】这时相当于v12端经过一个100 kΩ的电阻接地。假定与非门输入端多发射极三极管每个发射结的导通压降均为0.7V，则有
（1）v12≈ 1.4V
（2）v12≈ 0.2V
（3）v12≈ 1.4V
（4）v12≈ 0 V
（5）v12≈ 1.4V
【题 3.19】若将上题中的与非门改为74系列TTL或非门，试用在上列五种情况下测得的v12各为多少？
【解】由图3.4.22可见，在或非门中两
- 14 -
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个输入端电平互不影响，故v 12 始终为1.4V 。
【题3.21】 在图P3.21 电路中1
2
,R R 和C
构成输入滤波电路。当开关S 闭合时，要求门电路的输入电压10.4;
L
V
V ≤当开关S
断开时，要求门电路的输入电压14,
H
V
V ≥试
求1
R 和2
R 的最大允许阻值。1
5
~G G 为74LS 系列TTL 反相器，它们的高电平输入电流120,
H
I
A μ≤ 低电平输入电流10.4L
I
mA
≤-。
【解】当S 闭合时1
R 被短路，故有
12()10.4
0.2550.4
L mas L V R K K I =
=Ω=Ω?
当S 短开时，门电路的高电平输入电流流经1
R 和2
R ，故得到
112max 154
()10550.02
CC H H V V R R K K I --+=
=Ω=Ω
?
因此1()
(100.2)9.8mas R
K K =-Ω=Ω
S
图P3.21
【题3.22】试绘出图P3.22电路的高电平输出特性和低电平输出特性。已知V
CC
=5V，R L =1 kΩ。OC门截止时输出管的漏电流I OH =200Ua。v1=V IH时OC 门输出管饱和导通，在i L
【解】输出高电平时
(2) CC OH L L
v V I i R
=-+。当i L=0时，v O=4.6V，如图A3.22所示。只有一个OC门输出管导通时，输出低电平为
- 16 -
- 17 -
020(
)CC OL
L L
V V v i R -=+
O
V V 图P3.22
【题3.23】 计算图P3.23电路中上拉电阻L
R 的阻值范围。其中1G 、2G 、3
G 是74LS
系列OC 门，输出管截止时的漏电流
100OH I A
μ≤，输出低电平0.4OL
V
V
≤时允许的最
大负载电流8LM
I
mA
=。4
G 、5
G 、6
G 为74LS
系列与非门，它们的输入电流为
0.4,20IL IH I mA I A
μ≤≤。OC 门的输出高、低电平应满足 3.2OH
V V ≥、0.4OL
V
V
≤。
【解】(max)
5 3.2
53330.130.02
CC OH L OH IH V V R
K K I I --=
=Ω=Ω
+?+?
(min)50.4
0.683830.4
CC OL L OL IL V V R K K I I --=
=Ω=Ω
--?
－2 －1 0 1 2
1/i mA
图A2.12
- 18 -
故应取0.685L
K R
K Ω<<Ω
。
V cc =5V 图P3.23
【题3.25】图P3.25是一个继电器线圈驱动电路。要求在I
IH
v V =时三极管T 截
止，而0
I
v
=时三极管T 饱和导通。已知
OC 门输出管截止时的漏电流100OH
I A
μ≤，
导通时允许流过的最大电流10LM
I
mA
=，管
压降小于0.1V 。三极管50β=，继电器线圈内阻240Ω，电源电压CC
V ＝12V 、
8EE V V
=-，2
3.2R
K =Ω
，3
18R
K =Ω
，试求1
R 的阻值
范围。
- 19 -
EE v 1
D
图P3.25
【解】（1）根据0I
v =时三极管需饱和导
通的要求，计算1
R 的最大允许值。
由图A3.25（a ）可知，此时应满足
12
1500.24
CC B C V i mA mA R β=
==?
10.7(8)
0.518
i mA mA --=
≈
21 1.5B i i i mA
=+= 23.30.7 5.7P v i V
=+=
故得1(max)
212 5.7 6.3
3.91.6
OH R
K i I -=
==Ω
+。
（2）根据I
IH
v
V =时三极管应截止，计
算1
R 的最小允许值。
由图A3.25（b ）可知，这时0.1P
v
V
=，
0B
i =，10LM
i mA =
- 20 -
10.1(8)
0.383.318
i mA mA
--=
=+
2110.38L i i i mA
=+=
(a)
(b)
图A3.25
EE
D
EE D
IH
v
故得1(min)
2120.1120.1
1.110.38
R
K K i --=
=Ω=Ω。
所以应取1
1.1 3.9K R K Ω<<Ω。
【题 3.26】在图P3.26（a ）电路中已知三极管导通时
0.7BE V V
=，饱和压降
()0.3CE sat V V
=，三极管的电流放大系数100β=。
OC 门1
G 输出管截止时的漏电流约为
50A
μ，导通时允许的最大负载电流为
16mA ，输出低电平0.3V ≤。2
5
~G
G 均为74
系列TTL 电路，其中2
G 为反相器，
3
G 和4
G 是与非门，5
G 是或非门，它们的输入特