门电路习题课讲解课件

1、1 第三章习题课本章主要介绍了逻辑电路的基本概念和TTL、CMOS等集成逻辑门。 TTL电路输入级采用多发射极晶体管，输出级采用推拉式结构，所以工作速度较快，负载能力较强，是目前使用最广泛的一种集成逻辑门。应掌握好TTL门电气特性和参数。 MOS电路属于单极型电路，CMOS电路具有高速度、功耗低、扇出大、电源电压范围宽、抗干扰能力强、集成度高等一系列特点，使之在整个数字集成电路中占据主导地位的趋势日益明显。小 结 本章总的要求：熟练掌握TTL和CMOS集成门电路输出与输入间的逻辑关系、外部电气特性，包括电压传输特性、输入特性、输出特性和动态特性等；了解和掌握各类集成电子器件正确的使用方法。 重

2、点：TTL电路与CMOS电路的结构与特点 附: 门电路的常见逻辑符号 与门 或门 非门F=AB F=A+B&ABFABFABFABFABFABFA1FAFAFAF 与非门 或非门 OC门 (两输入与非)&ABFABFABFABFABFABF&ABFABFABF国标AB&AB&AB国家标准 三态门 (两输入与非) 与或非门+ABCDFABCDF&7 当输入为0V、5V时，基极回路等效电路如图vI 5.1k20k10VbebeRB VB解： 知识点1：三极管开关电路3.11 (a) 在图示电路中，试计算当输入端分别接0V、5V和悬空时输出电压vO的数值，并指出三极管工作在什么状态。假定三极管导通以

3、后vBE0.7V，电路参数如图中所示。vI +10V-10V5.1k20k2kvO =30其戴维宁等效电路如图RB=5.1/20k=4.1k8 (1)vI=0V时此时发射结反偏，T截止，vO10V。+10V4.1k2kvO =302V等效电路如图(2)vI=5V时此时发射结正偏+10V4.1k2kvO =301.9VT饱和，vO=VCE(sat)=0.1V等效电路如图9 (3)输入端悬空时基极回路等效电路如图be 20k10V此时发射结反偏，T截止，vO10V。vI +10V-10V5.1k20k2kvO =3010 3.12 图示电路，试计算当输入端分别接0V、5V和悬空时输出电压vO的数值

4、，并指出三极管工作在什么状态，三极管导通后vBE=0.7V。解:当输入为0V、5V时，基极回路等效电路如图其戴维宁等效电路如图beRB VB RB=4.7k/18k=3.7kvI +5V-8V3k4.7k18k2kvO =50bevI 3k4.7k18k5Vbe8V11 (1)vI=0V时此时发射结反偏，T截止，vO5V。(2)vI=5V时此时发射结正偏T饱和，vO=VCE(sat)=0.1V。RB VB vO +5ViB =5012 (3)输入端悬空时基极回路等效电路如图示其戴维宁等效电路如图示beRB VB RB=(4.7+3)/18=5.4kT饱和，vO=VCE(sat)=0.1V。此时

5、发射结正偏e3k4.7k18k5Vb8VvI +5V-8V3k4.7k18k2kvO =50be 题知识点2：二极管与门、或门的应用 p131 图2-18（四版） 在CMOS电路中有时采用下图（a）（b）所示的扩展功能用法，试分析各图的逻辑功能，写出Y1 Y2的逻辑式。已知电源电压VDD=10V，二极管的正向导通压降为0.7V。(a)二极管构成与门，C、D、E只要有一个为低电平，则vI1为低电平(b)二极管构成或门，C、D、E只要有一个为高电平，则vI2为高电平 题知识点2：二极管与门、或门的应用 在CMOS电路中有时采用下图（c）（d）所示的扩展功能用法，试分析各图的逻辑功能，写出Y3 Y4

6、的逻辑式。已知电源电压VDD=10V，二极管的正向导通压降为0.7V。(c)二极管构成或门，Y1、Y2只要有一个为高电平，则Y3为高电平(d)二极管构成与门，Y1、Y2只要有一个为低电平，则Y4为低电平15 3.14指出图示各门电路的输出是什么状态。已知这些门电路都是 74系列TTL门电路。 知 识点3：TTL门电路的输入端负载特性 见 P156 图P3.14因控制端有效，因控制端无效 Y6处于高阻态 VCC =15.1KVIL vI1 Y718 3.15 指出图示各门电路的输出是什么状态。已知这些门电路都是 CC4000系列CMOS门电路。 知识点3：COMS门电路的输入端负载特性P156

7、图P3.15VDD Y4 &RL VCCVIL 20 3.16 图示电路中，与非门GM最多可驱动多少个同样的与非门？ 要求GM的高低电平满足VOH3.2V，VOL0.4V。与非门的输入 电流为IIL-1.6mA，IIH40A。VOL0.4V时输出电流最大值 为IOL(max)=16mA， VOH3.2V时输出电流最大值为IOH(max)=-0.4mA 解： GM输出低电平时IOL(max)=16mA， IIL-1.6mA&GM&.N 因输入低电平时每个与非门输入端 总电流为IILIOL知识点4：扇出系数，与非门输入特性21 GM输出高电平时IOH(max)=-0.4mA， IIH40A&GM&

8、.N 因输入高电平时每个与非门输入端 总电流为2IIHIOHIIH综合，N=5知识点4：扇出系数，或非门输入特性3.17解 当 时，可以求得 当 时，又可求得故 能驱动5个同样的或非门。已知: 23 3.18. 试说明在下列情况下，用万用表测量图中vI2得到的电压 各为多少？与非门为74系列TTL电路，万用表使用5V量程，内阻 为20K/V&VvI2vI1解：等效电路：R1 4k100KT1 vI2 VCC be2 be5 vI1 （3） vI1=3.2VvB1=2.1V；vI2=1.4V（1） vI1悬空vB1=2.1V；vI2=1.4V（2） vI1=0.2VvB1=0.9V；vI2=0.

9、2V 知识点5：与非门输入端电平互相影响24 （4） vI1经51电阻接地vB1=0.75V；vI2=0.05VR1 4k100KT1 vI2 VCC be2 be5 vI1 51（5） vI1经10k电阻接地vB1=2.1V；vI2=1.4V举例见P122例3.5.3 ：计算图中电阻RP取值范围。已知：VOH=3.4V,VOL=0.2V, VIH(min)=2.0V, VIL(max)=0.8V，IIH0.04mA。解：当 =VOH时，要求 VIH(min)VOH-IIHRP VIH(min)当 =VOL时，要求 VIL(max)=VOL+ RP(VCC - VBE VOL)/(R1+RP)

10、VIL(max)RP 0.69KRP 35K对于74系列，当RP=2K 时， 就达到1.4V。综合两种情况RP应按此式选取牢记：RP大于2K欧姆时，输入等效为高电平；小于0.7K欧姆时，输入等效为低电平。26 3.23 计算图中RL阻值范围，其中G1、G2、G3是74LS系列OC门,输出 管截止时的漏电流为IOH=100A，输出低电平VOL0.4V时允许的 最大负载电流为ILM=8mA；G4、G5、G6是74LS与非门，它们的输 入电流为IIL-0.4mA，IIH 20A，VCC=5V，要求OC门的输出 高电平VOH3.2V，输出低电平VOL0.4V 。解：&RL VCC &G2G1G4G5G

11、6&G3VOHIOHIIH(1)输出高电平时，RL不能太大，应满足 知识点6：上拉电阻计算27 &RL VCC &G2G1G4G5G6&G3VOLILMIIL(2)只有一个门输出低电平时，RL不能太小，应满足28 3.25 图示是一个继电器线圈驱动电路.要求在vI=VIH时三极管截止,而 vI=0时三极管饱和导通.已知门输出管截止时的漏电流IOH100A, 导通时允许流过的最大电流ILM=10mA,管压降小于0.1V.三极管 =50,继电器线圈内阻240,电源电压VCC=12V,VEE= -8V,R2=3.2k, R3=18k,试求R1的阻值范围.解:(1) vI=VIH时, VP=0.1V,

12、三极管截止,IB=0R1不能太小,否则，OC门会被烧坏。即:IL=I2 - I1 ILM +12V-8VR2 R3 R1 =50vI1VP IL I2 I1 VIH 知识点6：OC门上拉电阻的计算29 (2)vI=0时,VP为高电平R1不能太大,否则，三极管基极电流小,不饱和。 +12V-8VR2 R3 R1 =50vI1VP I1 I3 I2 IB IOH 0V30 G1输出低电平时, 三极管截止,IB=0RB不能太小,否则，OC门会被烧坏。 +5VRB &VOL IL IG1RC 1&1即:IL=I ILM 3.26(1)求RB的取值范围。(2)若将OC门换成推拉式输出的TTL电路， 会发

13、生什么情况。解(1)31 G1输出高电平时(输出管截止), 三极管应饱和RB不能太大，否则，三极管基极电流小，不饱和。 +5VRB &G1RC 1&1VOH IOH IIB 32 (2)若将OC门换成推拉式输出的TTL电路则TTL门电路输出高电平时为低内阻，而且三极管的发射结导通时也是低内阻，因此可能因电流过大而使TTL电路和三极管受损。等效电路如图示。VCC R4 T4 +5VRC I大判断题（正确打，错误的打）1TTL与非门的多余输入端可以接固定高电平。（ ）2 当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑1。（ ）3普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，否则可能会损坏器件。（ ）4两

14、输入端四与非门器件74LS00与7400的逻辑功能完全相同。（ ）5CMOS或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相同。（ ）6三态门的三种状态分别为：高电平、低电平、不高不低的电压。（ ）7TTL集电极开路门输出为时由外接电源和电阻提供输出电流。（ ）8一般TTL门电路的输出端可以直接相连，实现线与。（ ）9CMOS OD门（漏极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。（ ）10TTL OC门（集电极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。（ ）填空题2OC门称为 门，多个OC门输出端并联到一起可实现 功能。 1. 集电极开路门的英文缩写为 门，工作时必须外加 和 OC 电源 负载 集电极开路

15、线与 3.三态输出门其输出端有三种可能出现的状态： 高阻 、 高电平 、 低电平选择题1. 三态门输出高阻状态时， 是正确的说法。A.用电压表测量指针不动 B.相当于悬空 C.电压不高不低 D.测量电阻指针不动2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有 。A.与非门 B.三态输出门 C.集电极开路门 D.漏极开路门3以下电路中常用于总线应用的有 。A.TSL门 B.OC门 C. 漏极开路门 D.CMOS与非门4逻辑表达式Y=AB可以用 实现。A.正或门 B.正非门 C.正与门 D.负或门A.B.D. C.D.A.C.D.5TTL电路在正逻辑系统中， 以下各种输入中 相当于输入逻辑“1”。A.悬空 B.通过电阻2.7k接电源C.通过电阻2.7k接地 D.通过电阻510接地A.B.C.6对于TTL与非门闲置输入端的处理，可以 。A.接电源 B.通过电阻3k接电源 C.接地 D.与有用输入端并联A.B.D.7CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比突出的优点是 。A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽A.C.D.9. 下图TTL电路中，实现下图所示各输出逻辑的正确电路是（ ）BA&Y1=AB51KBA1Y2=AB51KA&Y3=ABEN5