集成电路设计基础作业题解答
第五次作业
、改正图题所示TTL电路的错误。如下图所示：
解答：
(a)、B
?
=0，A,B与非输出接基极，Q的发射极接地。从逻辑上把Q管看?
=
A
Y?
B
A
作单管禁止门便可得到B
=。逻辑没有错误！
Y?
A
若按照题干中所示接法，当TTL与非门输出高电平时，晶体管Q的发射结要承受高压，必然产生巨大的电流。为了不出现这种情况，可以在基极加一电阻或者在发射极加一二极管。但发射极加二极管后会抬高输出的低电平电压。所以只能在基极加一大电阻，实现分压作用。
另外一种方法是采用题（a）图中的A输入单元结构。
(b)、要实现由，我们可以使用线与＋得到和B A B A 。但题干中的线与功能不合理。若其中一个为高电平且另外一个为低电平时，高电平输出降会往低电平输出灌电流，从而容易引起逻辑电平混乱。为了消除这一效应，可以在各自的输出加一个二极管。 (c)、电阻不应该接地，应该接高电平 (d)、电阻不应该接VCC ，而应该接低电平
、试分析图题（a ），(b)所示电路的逻辑功能。
解答：
图（a）中，单元1实现了A的电平输入，B是A的对称单元。
功能单元2实现了A和B输入的或逻辑
功能单元4充当了Q8管的泄放网络，同时抬高了Q3,Q4管的输入逻辑电平，另外该单元还将或的结果传递给了Q8管
功能单元3中的Q8管实现了非逻辑，Q6和Q7复合管加强了输出级的驱动能力。
综上所述，（a）电路实现功能为B
=，即或非的功能
A
Y+
图(b)中，Q1,Q2管依然实现传递输入的功能，Q3,Q4管实现或非的功能
Q6管和Q5管以及R5,R7共同组成的泄放网络实现了电压的传递
Q9管实现了非功能，Q7,Q8管依然是用来驱动负载的。Q9管和Q7,Q8轮流导通
综上所述，（b）实现的功能为B
+
=
=
B
A
A
Y+
第六次作业：
已知一ECL 电路如图题所示，其Vcc=0V ，V EE ＝－，V BEF ＝，V BB ＝－，逻辑摆幅V L ＝且对称于参考电压，各管的I E,MAX =5mA ，并假设输入和输出的逻辑电平V i ，V o 相互匹配，且忽略基极电流的影响。
（1）试计算电阻R3,R4的数值 （2）试确定电阻R1,R2,和R E 值
解答
电路的逻辑功能如下：（1）、当A 输入为高电平V OH 时，Q1,Q2的发射极c 点电位被钳制住，Q1管放大，Q2管截止。（2）、当A 输入为低电平V OL 时，V BB 将c 点电位钳制在－，此时Q1管截止，Q2管放大。
Q3和Q4是单管禁止门射极跟随器，只是起电平传递的作用，并不会改变a 、b 点电位的输出极性和相位。
因为逻辑电平摆幅为V L ＝，且对称于参考电压，则V OH =－, V OL =－。 当时＝V V i 8.0
e 点被钳位在－，所以Q2管截止，此时a 点输出属于低电平逻辑。V V Y 6.1-=
上的电流达最大。，此时通过大情况的＝比点的电位为这种情况下E RE i C R V V V V V V C )0.26.1(6.1-=--=mA I V V V V R MAX E RE E 59.2)5.4(6.1,==---=，而上的电压降为Ω==
580,MAX
E RE E I V R 所以
Ω==
=
-=+-=+=16058.08.08.06.18.0,1mA
V
I V R V V V Y MAX
E a e a 。所以以输出为低电平逻辑，所此时当时＝V V i 6.1-
Q1管截止， a 点为逻辑高电平。输出为高电平即Y V V V V a e ,8.08.0-=-=。此时通过R 3的电流最大。Ω==74057.33mA
V
R 故有 Q2管导通
Ω=====
-=-=18631.48.0,31.45805.20.28.02mA
V
R d b mA R V I V V V E RE RE BB C 点为低电平逻辑。，此时，
为了保证电平逻辑正常，当d 点电平为高逻辑电平的时Q4管的电流达到最大值I E,MAX 。故有 V V R 7.3)5.4(8.04=---=，Ω==
=
74057.3,44mA
V
I V R MAX
E R 综上所述：Ω=Ω==Ω=Ω=5807401861604321E R R R R R ，，，
、已知图题中ECL 门电路的V ＋＝3V ，V －＝-3V ，V BEF ＝，R1=R2=500Ω，R E ＝2k Ω，假定平V i 和V o 的高低电平预地电平对称，并且当输入为低电平时的空载功耗为20mW 。 （1）、计算电阻R4和R5，忽略基极电流的影响 （2）、确定逻辑摆幅，忽略基极电流的影响
解答
若A 、B 的输入都为低电平的情况下
Q1，Q3管截止，Q2管导通。R E 两端的电压为，通过R E 的电流为mA k
R V I E RE RE 15.123
.2===
。通过电阻R 2的电流I R2=I RE =，R 2上的电压降为V R2=R 2×I R2=，Q4管发射极电压为3－－=，此时V o 输出为低电平，便可列出方程：
V R R R V V V OL 3)
3(725.155
4-?+--=
.....................................①
若A 、B 中有一个输入是高电平，则Q2管被截止，此时V O 输出为高逻辑电平。同样可以列出方程
V R R R V
V V OH 333.254
5-?++=
……………………………. ②
由于V o ，V i 的高电平和低电平相对地对称，所以有
OL OH V V -=.................................................................
..............③
又因为在双输入都为低电平的情况下，电路的空载功耗为20mW ，可以得到如下方程
mW V R R V
V V mA 2063725.1615.15
4=?+++
?………………④
上述四个方程联立可得到：
V V V V R k R OL OH L 33.0)165.0(165.08673.145=--=-=Ω==，逻辑摆幅，
、图题是一个早期ECL 电路 （1）、计算输出X 处的V OH 和V OL （2）、若要求V Y =V X ，试计算R1的值。
解答：
（1）当A 输入为高电平V OH 时，Q2管截止，X 输出为高电平；V V V CC OH 5.08.0=-=
当A 输入为低电平时，Q1管截止，Q2管放大，X 输出为低电平。
V V b Q 3.0175420
8
.02.33.14=?--
=
所以输出低电平为V V V b Q OL 5.08.04-=-= （2）若要使得V X =V Y ，则
175420
2
.38.04202.38.01?+-=?+-R V OH ，解得R 1=145Ω
第七次作业：
、图题所示的I 2
L 反相器，I 0=10uA ，除8.0=R α外，其他数据采用标准的晶体管数据。
（1）设仅有一个集电极（C 1）连到同类反相电路，试计算C 1处的V OH 和V OL ; （2）设有三个集电极每个都接到一个负载门上，试计算C 1处的V OH 和V OL ;
解答：晶体管参数默认取值为mV V R R NPN CES ES B 50(600400=Ω=Ω=-本征饱和压降），，，R CS 忽略不计。
（1）、C1接负载门的情况
当A 输入是高电平时输出C1是低电平，后级输入管截止，当前级的NPN 管饱和导通。由于C1的负载是同类的反相电路，后级PNP 管处于临界饱和状态，C1的低电平V OL =V CES-NPN （当前NPN 管的本征饱和压降）＋I E ×R E ＝V CB-PNP (PNP 管临界饱和下的集电极－基极电压) ＋I E ×R E 。所以V OL =50+12mV
当A 输入是低电平时输出C1是高电平，后级输入管饱和导通，当前级的NPN 管截止。由于C1的负载是同类反相电路，后级PNP 管处于深饱和状态，C1的高电平V OH =V BE-NPN ＋I B ×R B ≈
(2)、三个集电极输出C1,C2,C3都接到一个负载门
当输入A 为低电平时，当前NPN 管截止，C1,C2,C3各自的PNP 管电流灌如各自
的NPN 管，对逻辑高电平没有影响。V OH （多负载输出）= V OH （单负载输出）＝ 当输入A 为高电平时，当前NPN 管要吸收三个PNP 管集电极注入的电流，NPN 管41=-=
α
α
β，忽略PNP 管临界饱和与深饱和带来的共基放大倍数的影响。NPN 管正常条件下集电极承载的最大电流为40μA>10μA ×3。V OL ＝V CES-NPN （当前NPN 管的本征饱和压降）＋I E ×R E =50mV+40μA ×600Ω=74mV
、A 、B 、C 、D 为四个变量，设计一个I 2L 电路以实现“与或非”的电路功能，即CD AB Y +=
D C B A CD AB Y ???=?=
电路图略
、试设计一个简单的I 2L 电路以完成3输入变量A 、B 、C 的逻辑功能C A F B A F +=+=21和
C A C A F B A B A F ?=+=?=+=21，
电路图略
、试用I 2L 电路画出CD AB F +=的电路图
CD AB CD AB F ?+=＝
电路图略
、给定一个由6个I 2L 门组成的网络的版图，如图题所示，通过变换这些门的位置去减少高度。假定在每个门的矩形中，集电极对基极距离相等，则图题所示的网络的版图高度是5
这次作业电子版的图太难画了，什么时候给大家一个书面版的！