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PAGE12/NUMPAGES12數(shù)字邏輯電路劉常澍主編第二章習(xí)題答案第2章習(xí)題答案
2-1二極管、三極管用于數(shù)字電路中與用于模擬電路有什么不同?
答:二極管和三極管在數(shù)字電路中主要用作開(kāi)關(guān),工作于大信號(hào)狀態(tài),即二極管工作在正向?qū)ê头聪蚪刂箖蓚€(gè)狀態(tài),三極管工作在飽和于截止兩個(gè)狀態(tài);模擬電路中二極管一般工作在小信號(hào)狀態(tài)或反向擊穿狀態(tài),三極管一般工作在放大狀態(tài)。
2-2有兩個(gè)二極管A和B,在相同條件下測(cè)得A管的IF=10mA,IR=2mA;B管的IF=30mA,IR=0.5μA;比較而言,哪個(gè)性能更好?
答:B管更好,因?yàn)槠浞聪蚵╇娏鬏^小而正向允許電流大。
2-3三極管工作在截止、飽和、放大狀態(tài)的外部條件各是什么?
答:截止時(shí),使發(fā)射結(jié)反偏即vBE≤0;飽和時(shí),使基極電流等于或大于基極飽和電流,即iB≥IBS=VCC/βRC;放大時(shí),使發(fā)射結(jié)正偏,而iBVGS(th)N;工作于恒流區(qū)時(shí),使vDS>vGS-VGS(th)N;工作于可變電阻區(qū)時(shí),使vDS5V時(shí),D1導(dǎo)通,vO=5V;vI<-5V時(shí),D2導(dǎo)通,vO=-5V;-5V<vI<5V時(shí),D1、D2均截止,vO=vI。vO對(duì)應(yīng)vI的波形如圖解P2-8所示。
2-9二極管開(kāi)關(guān)電路如圖P2-9所示。二極管導(dǎo)通電壓為0.7V,導(dǎo)通內(nèi)阻為0,試分析輸入端A、B分別為0V和5V時(shí)三個(gè)二極管的工作狀態(tài),輸出電壓vO=?
答:(1)vA=0V、vB=0V時(shí)D1、D2均導(dǎo)通,
vP=0.7V,vO=0V。
(2)vA=5V、vB=5V時(shí)D1、D2均導(dǎo)通,vP=5.7V,vO=5V。
(3)vA=0V、vB=5V時(shí),D1導(dǎo)通,D2截止,vP=0.7V,vO=0V。(4)vA=5V、vB=0V時(shí),D2導(dǎo)通,D1截止,vP=0.7V,vO=0V。
圖解P2-8
圖P2-7
圖P2-8
圖P2-9
2-10圖P2-9電路中,若A、B的波形如圖P2-10所示,試畫出vP、vO的波形。
解:vP、vO波形如圖P2-10所示。注:實(shí)際高電平約5.7V,低電平約0.7V。
2-11圖P2-11(a)、(b)所示三極管電路,T1為NPN型硅管,其基極導(dǎo)通電壓為0.5V,飽和時(shí),VBE=0.7V,VCES=0.3V;T2為PNP型鍺管,其基極導(dǎo)通電壓為-0.1V,飽和時(shí),VBE=-0.2V,VCES=-0.1V。試問(wèn):(1)兩管子截止和飽和時(shí),對(duì)應(yīng)輸入電壓vI的極限值是多少?(2)vI分別為2V和-4V時(shí),分析兩管的工作狀態(tài),對(duì)應(yīng)的輸出電壓vO=?
解:(1)截止條件:圖(a)V.vI50≤,圖(b)V.vI10-≥;
飽和條件:圖(a)iB≥IBS
即
β
βCCES
CCCSBBESIRVVIRVv-=
≥-V
...VRRVVvBESBCCESCCI58470104050
1023
01033=+????-=+-≥
β圖(b)V...VRRVVvBESBCCESCCI164201040100
1021
01033
-=-????+-=+-≤β(2)vI=2V時(shí),圖(a)電路處于放大狀態(tài)
vO=VCC-iCRC=VCC-βiBRC
V..RRVVCB
BE
ICC75610210
407
02501033
=???-?
-=--=υβ
vI=-4V時(shí),圖(b)電路處于放大狀態(tài)
2-12圖P2-11電路中,若圖(a)輸入vI1和圖(b)輸入vI2的波形如圖P2-12所示,試畫出對(duì)應(yīng)輸出波形vO1和vO2。
圖解P2-10圖P2-11
圖P2-12
解:vO1和vO2波形如圖P2-12所示。
2-13圖P2-13所示三極管電路,已知管子基極導(dǎo)通電壓為0.5V,飽和時(shí),VBE=0.7V,VCES=0.3V。試問(wèn):(1)vI分別為0.3V和10V時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出電壓vO=?(2)管子剛進(jìn)入截止區(qū)和飽和區(qū)時(shí),對(duì)應(yīng)輸入電壓vI=?
解:
(1)vI=0.3V時(shí),管截止,vO=VCC=+12V,vI=10V時(shí),管飽和,vO=0.3V;(2)管子剛進(jìn)入截止時(shí)
V.)Vv(RRRvVBBI
I
BE502
11
=++-=,vI=4.3V
管子剛進(jìn)入飽和時(shí)
V
...)...(VR)RVVRVV(
vRVVRVVRVvBESBBBESCCESCCICCES
CCBBBESBESI12570109310288
701020301233
31221=+???++?-=+++-=∴-=+--ββ
2-14圖P2-14電路,已知輸入信號(hào)高電平VIH=5V,低電平VIL=0V,二極管導(dǎo)通時(shí)VD=0.7V,三極管飽和時(shí)VBE=0.7V,VCES=0.3V。試求各電路的真值表和輸出邏輯表達(dá)式。
圖解P2-12
圖P2-14圖P2-13
解:
(a)為或門Y1=A+B+C(b)為非門A
Y=
2
(c)為與門和或門Y3=AB+C
2-15畫出圖P2-14各電路的邏輯符號(hào),并根
據(jù)圖P2-15輸入波形畫出對(duì)應(yīng)的輸出波形。
解:邏輯符號(hào)見(jiàn)圖解P2-15(a),波形圖見(jiàn)
圖解P2-15(b)
2-16分析圖P2-16所示電路的功能,寫出表達(dá)式。
解:該電路為與非門AB
Y=;D1、D2、R構(gòu)成與門,D3、T、RC構(gòu)成非門,D3起電平偏移作用。ABCY0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
ABCY
000011110
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
AY2
1
1
圖P2-15
圖解P2-15
圖P2-16
2-17用邏輯符號(hào)表示圖P2-17所示開(kāi)關(guān)電路的邏輯關(guān)系(設(shè)開(kāi)關(guān)閉合和燈亮為1,否則為0),并用二極管實(shí)現(xiàn)上述功能。
解:CDABY,C)BA(Y,CABY+=+=+=321
2-18已知三極管電路如圖P2-18,其中三極管的β=20,飽和時(shí)VBE=0.7V,VCES=0.3V。試問(wèn)輸入vI分別為1V、2V、3V時(shí),三極管工作在什么狀態(tài)?對(duì)應(yīng)的輸出vO=?
解:管子飽和條件:
V..)
..(
VR)RVVRVV(vRVVRVVRVvBES
BB
BESCCESCCICCES
CCBBBESBESI3127010210
10570102030533
312
21=+???++?-=+++-≥-≥+--ββ
管子截止條件:Vv,)Vv(RRRvIBBII102
11
≤∴≤++-
vI=1V時(shí),管子處于截止區(qū),vO≈VCC=5VvI=2V時(shí),管子處于飽和區(qū),vO≈VCES=0.3VvI=3V時(shí),管子處于飽和區(qū),vO≈VCES=0.3V
2-19圖P2-18電路,若vI為高電平時(shí)三極管工作在放大狀態(tài),試問(wèn)在不改變輸入信號(hào)的條件下,采取哪些措施可以使三極管飽和?說(shuō)明其原因。答:使三極管飽和的方法:減小VBB和R1,增大R2、RC
2-20圖P2-18電路,若要實(shí)現(xiàn)反相器功能,試問(wèn)該電路的輸入低電平上限和輸入高電平下限為多少?
答:輸入低電平上限:VIL(MAX)=1V;輸入高電平下限:VIH(MIN)=2.31V
2-21根據(jù)輸入信號(hào)波形,畫出圖P2-21所示各電路的輸出波形。
解:波形如圖解P2-21所示。
圖P2-17
圖P2-18
圖P2-21
2-22分析圖P2-22各電路的邏輯功能。
解:圖(a)邏輯式為ABY=1,圖(b)
邏輯式為
AB
Y=2(OC門),圖(c)邏輯式為ABCY=3(OC門)。
2-23圖P2-23所示TTL門電路,試求其輸出表達(dá)式,并對(duì)應(yīng)輸入波形畫出輸出波形。
解:C
AC
BAYA
YCCCBABAYC?+??=?????==+===10因此時(shí))應(yīng)為(注意原圖時(shí)
波形如圖解P2-23所示
圖解P2-21
圖P2-22
圖P2-23
圖解P2-23
2-24圖P2-24電路
均采用TTL門電路,說(shuō)明
電路連接上有何錯(cuò)誤,該
如何改正才能實(shí)現(xiàn)表達(dá)式
的邏輯功能?
解:
(1)Y1=AB,與非門輸出和三極管T基極之間應(yīng)接一電阻。(2)B
A
Y+
=
2
,兩個(gè)非門應(yīng)是OC門。
(3)AB
Y=
3
,10kΩ電阻太大,應(yīng)直接或通過(guò)小電阻接地。
(4)AB
Y=
4
,應(yīng)直接或通過(guò)(100~10KΩ)電阻接高電平或?qū)?0Ω電阻提高到2.5kΩ以上。
2-25電路如圖P2-25(a),輸入波形如圖P2-25(b),若所有電路均為TTL電路,寫出邏輯表達(dá)式,分別畫出個(gè)電路對(duì)應(yīng)的輸出波形。
解:邏輯式為
AB
AB
Y
A
A
Y
B
A
Y
=
+
=
=
⊕
=
=
+
+
=
1
1
1
3
2
1
波形圖見(jiàn)圖解P2-25。
2-26圖P2-25電路,若所有電路均為CMOS電路,
邏輯表達(dá)式和輸出波形又是怎樣?
解:邏輯式為
AB
Y
B
A
Y
B
A
Y
=
⊕
=
+
=
3
2
1
波形圖見(jiàn)圖解P2-26。
圖P2-24
圖P2-25
圖解P2-25
2-27改正圖P2-27所示電路中的連接錯(cuò)誤,若圖中門電路均為TTL門,為實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)表達(dá)式的邏輯功能,畫出正確的邏輯圖。
解:
(1)CD
AB
Y
+=:兩個(gè)與非門應(yīng)改為OC與非門
(2)Y2=AB:應(yīng)將三極管非門的VCC改為+5V方可保證前級(jí)與非門輸出高電平時(shí),三極管非門輸出低電平,實(shí)現(xiàn)“非”邏輯。
(3)ABY=3前級(jí)與門多余端應(yīng)接電源或?qū)?0Ω電阻改為大于2.5kΩ的電阻。邏輯圖如圖解P2-27所示。
2-28已知某四2輸入與非門,IOH(max)=400μA,IOL(max)=16mA,VOH(min)=2-4V,VOL(max)=0.4V,輸入信號(hào)A、B全為高電平時(shí),希望發(fā)光二極管發(fā)光?,F(xiàn)有發(fā)光二極管工作電流為10mA,導(dǎo)通時(shí)壓降為1.5V,試畫出邏輯電路圖。若要求A、B有一個(gè)或一個(gè)以上為低電平時(shí)二極管發(fā)光,邏輯圖又該如何?
解:
(1)輸入A、B全為高電平時(shí),與非門輸出低電平,輸出電流IOL(MAX)=16mA,發(fā)光二極管發(fā)光。發(fā)光二極管工作電流為10mA左右,故與非門可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管,電路如圖解P2-28(a)所示。
(2)入至少有1個(gè)為低電平時(shí),二極管發(fā)光。由于高電平輸出電流IOH(MAX)較小,只有40μA,不足以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管,因此可再加一級(jí)與非門作驅(qū)動(dòng),如圖解P2-28(b)所示
圖解P2-26
圖P2-27
圖解P2-27
2-29用題2-28中的與非門驅(qū)動(dòng)反相器,已知反相器參數(shù)IIS=-1mA,IIH=20μA,試問(wèn)能帶幾個(gè)反相器?
解:
個(gè)個(gè)161
16
2020
400
==
=
==
=
IS
)
MAX(OLOL)MAX(HI)MAX(OHOHIINIIN
故能帶16個(gè)反相器
2-30用TTL集電極開(kāi)路(OC)門驅(qū)動(dòng)TTL與非門,已知開(kāi)路門輸出晶體管集電極最大允許電流IC(max)=25mA,而與非門IIS=-1.5mA,IIH=50μA,VIH(min)=2V,VIL(max)=0.8V,試求上拉電阻的取值范圍。
解:上拉電阻Ω=Ω=-?--=
--≤
18118105
11258
05K...ImIVVRIS
)MAX(OL)MAX(OLCCC
2-31用題2-30中的OC門驅(qū)動(dòng)三極管電路,如圖P2-31。已知三極管β=20,飽和時(shí)VBE=0.7V,VCES=0.3V,求RB的取值。
解:
OC門輸出低電平時(shí),應(yīng)保證三極管可靠截止,此時(shí)V.vOL70=流入OC門電流Ω
=Ω=-=-≥∴≤-=172172025
7
05K..IVRIRVI)MAX(COLCCB)
MAX(CB
OLCCOL
υυ,OC門輸出高電平時(shí),應(yīng)保證三極管可靠飽和,此時(shí)流入三極管電流Ω
≤≤∴Ω=-=-≤-=
∴-==?-=-=≥k.Rk..IvVIvVRRvVImA
..RVVIIBSBOHCCBOHCCBB
OHCCBCCESCCBSB77121727712235
02
523501
203
05Θβ
圖解P2-28
圖P2-31
2-32圖P2-32CMOS反相器電路,若NMOS和PMOS管開(kāi)啟電壓VVT4=,導(dǎo)通電阻rON=500Ω,試問(wèn):(1
)vI分別為0V和10V時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出vO=?(2)若將PMOS管改為10kΩ上拉電阻,上述輸入下,輸出vO=?(3)上述兩種電路輸出vO有何不同?
解:
(1)vI=0V時(shí),T1導(dǎo)通,T2截止,vO=VDD=10V
vI=10V時(shí),T2導(dǎo)通,T1截止,vO=0V(2)若將PMOS管改為10kΩ上拉電阻,vI=0V時(shí),T2截止,vO=VDD=10VvI=10V時(shí),T2導(dǎo)通,V...V
RRRVvDDDO0480505
01010=?+=+=
導(dǎo)通導(dǎo)通
(3)阻負(fù)載情況下,T2導(dǎo)通時(shí)由于上拉電阻值不夠大,導(dǎo)致輸出低電平提高。
2-33寫出圖P2-33(a)、(b)電路的輸出表達(dá)式,說(shuō)明兩個(gè)電路功能上有哪些不同之處,并說(shuō)明用途。
解:(注意圖(a)中B應(yīng)為B)
圖(a)0=B時(shí),Y1=A,1=B時(shí),Y1輸出高阻,
圖(b)0=B時(shí),Y2=A,1=B時(shí),Y1輸出高阻。兩個(gè)電路在功能上的不同之處在于:(1)圖(a)中輸入為A,輸出Y1,信號(hào)是單
向傳輸?shù)模粓D(b)中A與Y2之間可雙向傳輸信號(hào),A為輸入,則Y2為輸出。Y2為輸入,則A為輸出。
(2)圖(a)只能傳遞數(shù)字信號(hào),圖(b)可以傳遞模擬信號(hào)。
2-34圖P2-34所示電路為CMOS電路,按照電路邏輯功能和圖中所示輸入狀態(tài),指出各電路的輸出狀態(tài)。
解:
(a)Y1恒為高電平;(b)Y2恒為高電平;(c)Y3恒為低電平;(d)Y4恒為高電平;
2-35判斷圖P2-35所示各電路的邏輯功能。解:(a)ABCY=1。(b)CABC)BA(Y?=+=2。(c)(注意圖(c)中B應(yīng)為B)B=1,Y3=A;B=0,Y3與A之間不通(輸出高阻)。(d)B=1,Y4=A,B=0Y4呈高阻態(tài)。
圖P2-32
圖P2-33
圖P2-34
2-36圖P2-36給出了CC4007的電路圖和引出端號(hào)。試用該電路組成以下電路。并說(shuō)明如何連線:(1)三反相器;(2)三輸入或非門;(3)三輸入與非門;(4)大吸收電流(灌電流)驅(qū)動(dòng)器;(5)大供給電流(拉電流)驅(qū)動(dòng)器;(6)單刀雙向傳輸開(kāi)關(guān)。
解:
(1)9,4,7短接后接地,11,2,14短接后接VDD形成三個(gè)反相器:10輸入—12輸出;3輸入—1,5短接后作
輸出;6輸入—8,13短接后作輸出。
(2)14接VDD,13接2,1接11,12、5、8短接,9、4、7短接后接地,形成三輸入或非門:6、3、10輸入—12輸出。
(3)11、2、14短接后接VDD;13、1、12短接作為輸出;9接5,4接8,7接地;10、3、6作為輸入形成三輸入與非門。
(4)11、2、14短接后接VDD;9、4、7短接后接地;10、3、6短接作為輸入,12、1、5、13、8短接作為輸出形成大吸收電流驅(qū)動(dòng)器。
(5)接法(4)亦為大供給電流驅(qū)動(dòng)器。
(6)14接VDD、7接地形成一個(gè)反相器作為單刀控制開(kāi)關(guān),13和8相接,10和6接在一起作為控制端;2、8相接,1和7相接作為雙向輸出、輸入端。
2-37寫出圖P2-37各電路的邏輯表達(dá)式,并對(duì)應(yīng)圖(d)輸入波形畫出各輸出波形/r
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