第3章-逻辑门电路.doc
如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流345678 第3章-逻辑门电路【精品文档】第 7 页9 逻辑门电路3.1 MOS逻辑门电路3.1.2 求下列情况下TTL逻辑门的扇出数：（1）74LS门驱动同类门；（2）74LS门驱动74ALS系列TTL门。解：首先分别求出拉电流工作时的扇出数NOH和灌电流工作时的扇出数NOL，两者中的最小值即为扇出数。从附录A可查得74LS系列电流参数的数值为IOH=0.4mA，IOL=8mA，IIH=0.02mA,IIL=0.4mA；74ALS系列输入电流参数的数值为IIH=0.02mA，IIL=0.1mA，其实省略了表示电流流向的符号。（1） 根据（3.1.4）和式（3.1.5）计算扇出数74LS系列驱动同类门时，输出为高电平的扇出数输出为低电平的扇出数 所以，74LS系列驱动同类门时的扇出数NO为20。（2） 同理可计算出74LS系列驱动74ALS系列时，有所以，74LS系列驱动74ALS系列时的扇出数NO为20。3.1.4 已知图题3.1.4所示各MOSFET管的=2V，忽略电阻上的压降，试确定其工作状态（导通或截止）。解：图题3.1.4（a）和（c）的N沟道增强型MOS，图题3.1.4（b）和（d）为P沟道增强型MOS。N沟道增强型MOS管得开启电压VT为正。当VT时，MOS管处于截止状态；当VT，且（VT）时，MOS管处于饱和导通状态。对于图题3.1.4（a），=5V，=5V，可以判断该MOS管处于饱和导通状态。对于图题3.1.4（c），=0VVT，所以MOS管处于截止状态。P沟道增强型MOS管得开启电压VT为负。当VT时，MOS管处于截止状态；当VT，且（VT）时，MOS管处于饱和导通状态。对于图题3.1.4（b），=0V2V，该MOS管处于截止状态。对于图题3.1.4（d），=-5V，=5V，可以判断该MOS管处于饱和导通状态。3.1.5 为什么说74HC系列CMOS与非门在5V电源工作时，输入端在以下四种接法下都属于逻辑0：（1）输入端接地；（2）输入端低于1.5V的电源；（3）输入端同类与非门的输出低电压0.1V；（4）输入端接10k的电阻到地。解：对于74HC系列CMOS门电路来说，输出和输入低电平的标准电压值为：VOL=0.1V，VIL=1.5V。因此，有：（1） =0VIL=1.5V，属于逻辑0。（2） 1.5V=VIL，属于逻辑0。（3） =0.1VVIL=1.5V，属于逻辑0。（4） 由于CMOS管得栅极电流非常小，通常小于1uA，在10k电阻上产生的压降小于10mV即0.01VVIL=1.5V，故亦属于逻辑0。3.1.6 试分析图题3.1.6所示的电路，写出其逻辑表达式，说明它是说明逻辑电路？解：该电路由两部分组成，如图题3.1.6所示，细线左边为一级与非门，虚线右边组成与或非门，其中T1N和T2N并联实现与功能，两者再与T3N串联实现或功能。与非门的输出。与或非门的输出L为该电路实现同或功能。3.1.7 求图题3.1.7所示电路的输出逻辑表达式。解：图题3.1.7所示电路中，实现与功能，即，而，所以输出逻辑表达式为。3.1.8 用三个漏极开路与非门74HC03和一个TTL与非门74LS00实现图题3.1.7所示的电路，已知CMOS管截止时的漏电流IOZ=5uA, 试计算RP(min)和RP(max)。解：第一级的两个与非门和一个非门用漏极开路与非门74HC03组成，第二级的与非门用TTL与非门74LS00实现。从附录A查得74HC系列的参数为：VOL(max)=0.33V,IOL(max)=4 ，VOH(min)=3.84V；74LS系列的参数为：IIL(max)=0.4mA，IIH(max)=0.02mA。因为三个漏极开路门的公共上拉电阻RP的下端74LS00的一个输入端，即：在灌电流情况下，求出RP的最小值：在拉电流情况下，求出RP的最大值3.1.9 .图题.3.1.9表示三态门作总线传输的示意图，图中n个三态门的输出接数据传输总线，D1、D2、为数据输入端，CS1、CS2、为片选信号输入端。试问：（1）CS信号如何进行控制，以便数据D1、D2、通过该总线进行正常传输；（2）CS信号能否有两个或两个以上同时有效？如果CS出现两个或两个以上有效，可能发生什么情况？（3）如果CS信号均无效，总线处在什么状态？ 解：（1）根据图题3.1.9可知，片选信号CS1、CS2、为高电平有效，当=1时，第个三态门被选中，其输入数据被送到数据传输总线上。根据数据传输的速度，分时地给CS1、CS2、端以正脉冲信号，使其相应的三态门的输出数据能分时地到达总线上。 （2）CS信号不能有两个或两个以上同时有效，否则两个不同的信号将在总线上发生冲突。即总线不能同时既为0又为1。 （3）如果所有CS信号均无效，总线处于高阻状态。3.1.10 某厂生产的双互补对及反相器（4007）引出端如图题3.1.10所示，试分别连接：（1）三个反相器；（2）三输入端或非门；（3）三输入端与非门；（4）或与非门；（5）传输门（一个非门控制两个传输门分时传送）。解：（1）三个反相器将图题3.1.10所示电路按下列方式连接，可以得到三个反相器。 8、13相连，6端为输入，8端为输出，14端接VDD，7端接地； 1、5相连，3端为输入，5端为输出，2端接VDD，4端接地； 10端为输入，12端为输出，11端接VDD，9端接地。（2）三输入端或非门电路图如图题解3.1.10（a）所示。（3） 三输入端与非门电路图如图题解3.1.10（b）所示。（4） 或与非门电路图如图题解3.1.10（c）所示。（5） 传输门电路图如图题解3.1.10（d）所示，由6端输入的信号控制TG1、TG2、分时传送数据。6端接低电平时，TG1、导通，2端得数据传送到12端；6端接高电平时，TG2导通，4端得数据传送到12端。3.1.11 试分析图题3.1.11所示某CMOS器件的电路，写出其逻辑表达式，说明它是什么逻辑电路。解：电路由两个输入反相器、一个输出反相器、一个传输门T1、T2、和T3构成的电路组成。传输门由B和控制，当B=0时传输门导通，当B=1时传输门截止。T1、T2、和T3构成电路的工作状态由控制，当=1时T1、T3均截止，T1、T2、和T3构成的电路不工作；当=0时T1、T3均导通，T1、T2和T3构成的电路工作，并且起反相作用，其输出等于A。综上所述，当B=0时，T1、T2、和T3构成的电路不工作，传输门导通，输出L=A；当B=1时T1、T2、和T3构成的电路工作，传输门截止，输出。列出真值表如表题解3.1.11所示。其逻辑表达式，故电路为异或门电路。3.1.12 试分析图题3.1.12所示的CMOS电路，说明它们的逻辑功能。解：对于图题3.1.12（a）所示的CMOS电路，当0时，TP2和TN2均导通，TP1和TN2构成的的反相器正常工作，；当1时，TP2和TN2均截止，无论A为高电平还是低电平，输出端均为高阻状态，其真值表如表题解3.1.12所示，该电路是低电平使能三态非门，其表示符号如图题解3.1.12（a）所示。图题3.1.12（b）所示的CMOS电路，0时，TP2导通，或非门打开，TP1和TN1构成的反相器正常工作，L=A；当1时，TP2截止，或非门输出低电平，使TN1截止，输出端处于高阻状态，该电路是低电平使能三态缓冲器，其标示符号如图题解3.1.12（b）所示。同理可以分析图题3.1.12（c）和图题3.1.12（d）所示的CMOS电路，它们分别为高电平使能三态缓冲器和低电平使能三态非门，其标示符号分别如图题解3.1.12（c）和图题解3.1.12（d）所示。3.1.13 试分析图题3.1.13所示传输门的电路，写出其逻辑表达式，说明它是说明逻辑电路。解：对于图题3.1.13所示的电路，输入信号A作为传输门的控制信号，输入信号B通过传输门与输出L相连。当A=0时，传输门TG1导通，TG2断开，L=B；当A=1时，传输门TG1断开，TG2导通，；其真值表如表题解3.1.13所示，该电路实现异或功能，。3.1.14 由CMOS传输门构成的电路如图题3.1.14所示，试列出其真值表，说明该电路的逻辑功能。解：当CS=1时，4个传输门均为断开状态，输出处于高阻状态。当CS=0时，4个传输门的工作状态由A和B决定，A=B=0时，TG1和TG2导通，TG3和TG4截止，L=1。依此分析电路可以列出真值表如表题解3.1.14所示，根据真值表可得。该电路实现三态输出的2输入的或非功能。3.2 TTL逻辑门电路3.2.2 为什么说TTL与非门的输入端在以下四种接法下，都属于逻辑1：（1）输入端悬空；（2）输入端接高于2V的电源；（3）输入端接同类与非门的输出高电压3.6V；（4）输入端接10k电阻到地。解：对于TTL门电路来说，输出和输入高电平的标准电压值为：VOH=2.7V，VIH=2V。（1） 对于图题解3.2.2所示的与非门电路，当输入端悬空时，T1的发射极电流iE1=0，集电极结正偏。VCC通过Rb1和T1的继电结向T2、T3提供基极电流，使T2、T3饱和导通，输出为低电平。可见输入端悬空等效于逻辑1。（2） 2V=VIH，属于逻辑1。（3） =3.6VVIH，属于逻辑1。（4） 对于图题解3.2.2所示的与非门电路，考虑A端接10k电阻接地，B端悬空时，则电源电压VCC=5V分配到Rb1（4k）电阻、T1的发射结（0.7）和10k电阻上，显然，故此时输入端亦属于逻辑1。3.2.3 设有一74LS04反相器驱动两个74ALS04反相器和4个74LS04反相器。（1）问驱动门是否超载？（2）若超载，试提出一改进方案；若未超载，问还可增加几个74LS04门？解：（1）根据题意，74LS04为驱动门，同时它又是负载门，负载门中还有74ALS04.从附录A种查出74LS04和74ALS04的参数如下（不考虑符号）。74LS04：IOL(max)=8mA， IOH(max)=0.4mA， IIL(max)=0.4mA， IIH(max)= 0.02mA。74ALS04：IIL(max)=0.1mA， IIH(max)=0.02mA。4个74LS04的输入电流为：4 IIL(max)=4×0.4mA=1.6mA， 4 IIH(max)=4×0.02mA=0.08mA。2个74ALS04的输入电流为：2 IIL(max)=2×0.1mA=0.2mA，2 IIH(max)=2×0.02mA=0.04mA。 拉电流负载情况下如图题解3.2.3（a）所示，74LS04总的拉电流为两部分，即4个74LS04的高电平输入电流最大值4 IIH(max)=4×0.02mA=0.08mA；2个74ALS04的高电平输入电流最大值2 IIH(max)=2×0.02mA=0.04mA。两部分拉电流之和为0.08mA+0.04mA=0.12mA。而74LS04能提供0.4mA的拉电流，并不超载。 灌电流负载情况如图题解3.2.3（b）所示，驱动门的总灌电流为1.6mA+0.2mA=1.8mA。而74LS04能提供8mA的灌电流，也未超载。 (2) 从上面分析计算可知，74LS04所驱动的两类负载无论是灌电流还是拉电流均未超载，仍有一定的负载裕量。在拉电流负载情况下电流裕量为0.4mA0.12mA=0.28mA，可增加74LS00负载为0.28mA/0.02mA=14。在灌电流负载情况下电流裕量为8mA1.8mA=6.2mA,可增加74LS04负载数为6.2mA/0.4mA15。综合考虑，除了2个74ALS04反相器和4个74LS04反相器负载外，再增加负载74LS04数目不能超过14个。3.2.4 图题3.2.4所示为集电极开路门74LS03驱动5个CMOS逻辑门。已知OC门输出管截止时的漏电流IOZ=0.2mA；负载门的参数为：VIH(min)=4V，VIL(max)=1V, IIL=IIH=1uA。试计算上拉电阻的值。解：从附录A查得74LS03的参数为：VOH(min)=2.7V，VOL(max)=0.5V，IOL(max)=8mA。根据式（3.1.6）和式（3.1.7）可以计算出上拉电阻的值。灌电流情况如图题解3.2.4（a）所示，74LS03输出为低电平，IIL(total)=5IIL=5×0.001mA=0.005mA，有 拉电流情况如图题解3.2.4（b）所示，74LS03输出为高电平，IIH(total)=5IIH=5×0.001mA=0.005mA，由于VOH(min)VIH(min)，为了保证负载门的输入高电平，取VOH(min)=4V，有 综上所述，RP的取值范围为0.564.9k。3.5 逻辑描述中的几个问题3.5.1 试对图题3.5.1所示电路的逻辑门进行变换，使其可以用单一的或非门实现。解：将图题3.5.1所示的电路第二级的与门用其等效符号代替，得到图题解3.5.1（a）所示的电路。然后将第二级输入的小圆圈移至第一级的输出端，得到图题解3.5.1（b），该电路可以用或非门74HCT02实现。另外，也可以将电路的逻辑表达式进行变换得直接用或非门实现上述表达式，得到如图题解3.5.1（b）所示的逻辑电路。3.5.2 电路如图题3.5.2所示，试用与非门实现。解：将图题3.5.2所示电路第二级的或门用其等效符号代替，得到图题解3.5.2（a）所示电路。然后将第二级输入端的小圆圈移至第一级的输出端，得到图题解3.5.2（b）所示电路，该电路可以用一片包含四个2输入与非门的74HCT00的一片包含三个3输入与非门的74HCT10实现。
