數(shù)字邏輯電路 劉常澍主編 第二章習題答案

PAGE12/NUMPAGES12數(shù)字邏輯電路劉常澍主編第二章習題答案第2章習題答案

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關，工作于大信號狀態(tài)，即二極管工作在正向?qū)ê头聪蚪刂箖蓚€狀態(tài)，三極管工作在飽和于截止兩個狀態(tài)；模擬電路中二極管一般工作在小信號狀態(tài)或反向擊穿狀態(tài)，三極管一般工作在放大狀態(tài)。

2-2有兩個二極管A和B，在相同條件下測得A管的IF＝10mA，IR＝2mA；B管的IF＝30mA，IR＝0.5μA；比較而言，哪個性能更好？

答：B管更好，因為其反向漏電流較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，使發(fā)射結(jié)反偏即vBE≤0；飽和時，使基極電流等于或大于基極飽和電流，即iB≥IBS=VCC/βRC；放大時，使發(fā)射結(jié)正偏，而iBVGS(th)N；工作于恒流區(qū)時，使vDS>vGS-VGS(th)N；工作于可變電阻區(qū)時，使vDS5V時，D1導通，vO=5V；vI<-5V時，D2導通，vO=-5V；-5V<vI<5V時，D1、D2均截止，vO=vI。vO對應vI的波形如圖解P2-8所示。

2-9二極管開關電路如圖P2-9所示。二極管導通電壓為0.7V，導通內(nèi)阻為0，試分析輸入端A、B分別為0V和5V時三個二極管的工作狀態(tài)，輸出電壓vO＝？

答：（1）vA=0V、vB=0V時D1、D2均導通，

vP=0.7V，vO=0V。

（2）vA=5V、vB=5V時D1、D2均導通，vP=5.7V，vO=5V。

（3）vA=0V、vB=5V時，D1導通，D2截止，vP=0.7V，vO=0V。（4）vA=5V、vB=0V時，D2導通，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，其基極導通電壓為0.5V，飽和時，VBE＝0.7V，VCES＝0.3V；T2為PNP型鍺管，其基極導通電壓為-0.１V，飽和時，VBE＝-0.2V，VCES＝-0.1V。試問：（1）兩管子截止和飽和時，對應輸入電壓vI的極限值是多少？（2）vI分別為2V和-4V時，分析兩管的工作狀態(tài)，對應的輸出電壓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，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，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，試畫出對應輸出波形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，已知管子基極導通電壓為0.5V，飽和時，VBE＝0.7V，VCES＝0.3V。試問：（1）vI分別為0.3V和10V時，對應的輸出電壓vO＝？（2）管子剛進入截止區(qū)和飽和區(qū)時，對應輸入電壓vI=？

解：

（1）vI=0.3V時，管截止，vO=VCC=+12V，vI=10V時，管飽和，vO=0.3V；（2）管子剛進入截止時

V.)Vv(RRRvVBBI

I

BE502

11

=++-=，vI=4.3V

管子剛進入飽和時

V

...)...(VR)RVVRVV(

vRVVRVVRVvBESBBBESCCESCCICCES

CCBBBESBESI12570109310288

701020301233

31221=+???++?-=+++-=∴-=+--ββ

2-14圖P2-14電路，已知輸入信號高電平VIH＝5V，低電平VIL＝0V，二極管導通時VD＝0.7V，三極管飽和時VBE＝0.7V，VCES＝0.3V。試求各電路的真值表和輸出邏輯表達式。

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，并根

據(jù)圖P2-15輸入波形畫出對應的輸出波形。

解：邏輯符號見圖解P2-15(a)，波形圖見

圖解P2-15(b)

2-16分析圖P2-16所示電路的功能，寫出表達式。

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用邏輯符號表示圖P2-17所示開關電路的邏輯關系（設開關閉合和燈亮為1，否則為0），并用二極管實現(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VBE＝0.7V，VCES＝0.3V。試問輸入vI分別為1V、2V、3V時，三極管工作在什么狀態(tài)？對應的輸出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，管子處于截止區(qū)，vO≈VCC=5VvI=2V時，管子處于飽和區(qū)，vO≈VCES=0.3VvI=3V時，管子處于飽和區(qū)，vO≈VCES=0.3V

2-19圖P2-18電路，若vI為高電平時三極管工作在放大狀態(tài)，試問在不改變輸入信號的條件下，采取哪些措施可以使三極管飽和？說明其原因。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，若要實現(xiàn)反相器功能，試問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，試求其輸出表達式，并對應輸入波形畫出輸出波形。

解：C

AC

BAYA

YCCCBABAYC?+??=?????==+===10因此時）應為（注意原圖時

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，說明

電路連接上有何錯誤，該

如何改正才能實現(xiàn)表達式

的邏輯功能？

解：

（1）Y1=AB，與非門輸出和三極管T基極之間應接一電阻。（2）B

A

Y+

=

2

，兩個非門應是OC門。

（3）AB

Y=

3

，10kΩ電阻太大，應直接或通過小電阻接地。

（4）AB

Y=

4

，應直接或通過（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，寫出邏輯表達式，分別畫出個電路對應的輸出波形。

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誤，若圖中門電路均為TTL門，為實現(xiàn)對應表達式的邏輯功能，畫出正確的邏輯圖。

解：

（1）CD

AB

Y

+=：兩個與非門應改為OC與非門

（2）Y2=AB：應將三極管非門的VCC改為+5V方可保證前級與非門輸出高電平時，三極管非門輸出低電平，實現(xiàn)“非”邏輯。

（3）ABY=3前級與門多余端應接電源或?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A、B全為高電平時，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，導通時壓降為1.5V，試畫出邏輯電路圖。若要求A、B有一個或一個以上為低電平時二極管發(fā)光，邏輯圖又該如何？

解：

（1）輸入A、B全為高電平時，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)動發(fā)光二極管，電路如圖解P2-28(a)所示。

（2）入至少有1個為低電平時，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)動發(fā)光二極管，因此可再加一級與非門作驅(qū)動，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)動反相器，已知反相器參數(shù)IIS＝-1mA，IIH＝20μA，試問能帶幾個反相器？

解：

個個161

16

2020

400

==

=

==

=

IS

)

MAX(OLOL)MAX(HI)MAX(OHOHIINIIN

故能帶１６個反相器

2-30用TTL集電極開路（OC）門驅(qū)動TTL與非門，已知開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)動三極管電路，如圖P2-31。已知三極管β＝20，飽和時VBE＝0.7V，VCES＝0.3V，求RB的取值。

解：

OC門輸出低電平時，應保證三極管可靠截止，此時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，應保證三極管可靠飽和，此時流入三極管電流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管開啟電壓VVT4=，導通電阻rON＝500Ω，試問：（1

）vI分別為0V和10V時，對應的輸出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，T1導通，T2截止，vO=VDD=10V

vI=10V時，T2導通，T1截止，vO=0V(2)若將PMOS管改為10kΩ上拉電阻，vI=0V時，T2截止，vO=VDD=10VvI=10V時，T2導通，V...V

RRRVvDDDO0480505

01010=?+=+=

導通導通

（3）阻負載情況下，T2導通時由于上拉電阻值不夠大，導致輸出低電平提高。

2-33寫出圖P2-33（a)、(b)電路的輸出表達式，說明兩個電路功能上有哪些不同之處，并說明用途。

解：（注意圖（a）中B應為B）

圖（a）0=B時，Y1=A，1=B時,Y1輸出高阻，

圖（b）0=B時，Y2=A，1=B時,Y1輸出高阻。兩個電路在功能上的不同之處在于：（1）圖（a）中輸入為A，輸出Y1，信號是單

向傳輸?shù)?；圖（b）中A與Y2之間可雙向傳輸信號，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，圖（b）可以傳遞模擬信號。

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。試用該電路組成以下電路。并說明如何連線：（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)動器；（5）大供給電流（拉電流）驅(qū)動器；（6）單刀雙向傳輸開關。

解：

(1)9,4,7短接后接地，11，2，14短接后接VDD形成三個反相器：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)動器。

（5）接法（4）亦為大供給電流驅(qū)動器。

（6）14接VDD、7接地形成一個反相器作為單刀控制開關，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各電路的邏輯表達式，并對應圖（d）輸入波形畫出各輸出波形/r