數(shù)字邏輯電路-劉常澍主編-第二章習(xí)題答案

PAGEPAGE1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iB<IBS=VCC/βRC。2-4MOS管工作在截止、恒流、可變電阻區(qū)的外部條件各是什么？答：對(duì)于常用的增強(qiáng)型NMOS管，截止時(shí)，使柵源電壓小于開(kāi)啟電壓VT即vGS>VGS(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vDS<vGS-VGS(th)N2-5二極管電路如圖P2-5所示。vI＝5sinωt（V），假設(shè)二極管是理想二極管，試畫(huà)出輸出vO的波形。若考慮二極管的導(dǎo)通壓降VD＝0.7V，畫(huà)出輸出vO的波形。解：輸出波形如圖解P2-5所示。(a)為輸入波形，D為理想二極管時(shí)輸出波形為(b)，考慮D導(dǎo)通壓降為0.7伏時(shí)輸出波形為(c)。圖P2-5圖解P2-52-6二極管開(kāi)關(guān)電路如圖P2-6所示。二極管導(dǎo)通電壓為0.7V，試分析輸入端A、B分別為0V和5V時(shí)管子的工作狀態(tài)，輸出電壓vO＝？解：vA=5V，vB=0V時(shí)，D2、D1均導(dǎo)通vO=–0.7V；vA=5V，vB=5V時(shí)，D2、D1均導(dǎo)通vO=4.3V；vA=0V，vB=5V時(shí)，D1導(dǎo)通、D2截止vO=4.3V；vA=5V,vB=0V時(shí),D1截止、D2導(dǎo)通vO=4.3V。圖P2-62-7三極管電路如圖P2-7所示。管子β＝20，飽和時(shí)，VBE＝0.7V，VCES＝0.3V。試問(wèn)vI分別為0V、2V、5V時(shí)管子的工作狀態(tài)，輸出電壓vO＝？解：管子截止條件：vI<0.7V，此時(shí)vO=VCC–iCRC=VCC≈10V管子飽和條件：iB≥IBS，vI=0V，管子截止vO=10V；vI=2V時(shí)故三極管處于放大區(qū)。vI=5V時(shí)，，三極管處于放大區(qū)。2-8圖P2-8所示電路，二極管為理想二極管，輸入電壓vI＝10sinωt（V），試分析二極管的工作狀態(tài)并畫(huà)出輸出vO的波形。答：vI>5V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。圖解P2-8圖P2-7圖P2-82-9二極管開(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＝？圖P2-9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。2-10圖P2-9電路中，若A、B的波形如圖P2-10所示，試畫(huà)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。圖解P2-102-11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＝？圖P2-11解：（1）截止條件：圖（a），圖（b）；飽和條件：圖（a）iBIBS即圖（b）（2）vI=2V時(shí)，圖（a）電路處于放大狀態(tài)vO=VCC-iCRC=VCC-βiBRCvI=-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(huà)出對(duì)應(yīng)輸出波形vO1和vO2。圖P2-12解：vO1和vO2波形如圖P2-12所示。圖解P2-122-13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)，vI=4.3V管子剛進(jìn)入飽和時(shí)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P2-14圖P2-13解：(a)為或門(mén)Y1=A+B+C(b)為非門(mén)(c)為與門(mén)和或門(mén)Y3=AB+CABCY00001111001100110101010101010111ABCY00001111001100110101010101111111AY201102-15畫(huà)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(huà)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)圖P2-15圖解P2-152-16分析圖P2-16所示電路的功能，寫(xiě)出表達(dá)式。解：該電路為與非門(mén)；D1、D2、R構(gòu)成與門(mén)，D3、T、RC構(gòu)成非門(mén)，D3起電平偏移作用。圖P2-162-17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。圖P2-17解：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：圖P2-18管子截止條件：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=0.3V2-19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、RC2-20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）=2.31V2-21根據(jù)輸入信號(hào)波形，畫(huà)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P2-21圖解P2-212-22分析圖P2-22各電路的邏輯功能。圖P2-22解：圖(a)邏輯式為，圖(b)邏輯式為(OC門(mén))，圖(c)邏輯式為(OC門(mén))。2-23圖P2-23所示TTL門(mén)電路，試求其輸出表達(dá)式，并對(duì)應(yīng)輸入波形畫(huà)出輸出波形。解：圖P2-23波形如圖解P2-23所示圖解P2-232-24圖P2-24電路均采用TTL門(mén)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？圖P2-24解：（1）Y1=AB，與非門(mén)輸出和三極管T基極之間應(yīng)接一電阻。（2），兩個(gè)非門(mén)應(yīng)是OC門(mén)。（3），10kΩ電阻太大，應(yīng)直接或通過(guò)小電阻接地。（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T(mén)TL電路，寫(xiě)出邏輯表達(dá)式，分別畫(huà)出個(gè)電路對(duì)應(yīng)的輸出波形。圖P2-25解：邏輯式為波形圖見(jiàn)圖解P2-25。圖解P2-252-26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：邏輯式為波形圖見(jiàn)圖解P2-26。圖解P2-26圖P2-272-27改正圖P2-27所示電路中的連接錯(cuò)誤，若圖中門(mén)電路均為T(mén)TL門(mén)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)表達(dá)式的邏輯功能，畫(huà)出正確的邏輯圖。解：（1）：兩個(gè)與非門(mén)應(yīng)改為OC與非門(mén)（2）Y2=AB：應(yīng)將三極管非門(mén)的VCC改為+5V方可保證前級(jí)與非門(mén)輸出高電平時(shí)，三極管非門(mén)輸出低電平，實(shí)現(xiàn)“非”邏輯。（3）前級(jí)與門(mén)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。圖解P2-272-28已知某四2輸入與非門(mén)，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。現(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(huà)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(mén)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(mén)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(mén)作驅(qū)動(dòng)，如圖解P2-28(b)所示圖解P2-282-29用題2-28中的與非門(mén)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：故能帶１６個(gè)反相器2-30用TTL集電極開(kāi)路（OC）門(mén)驅(qū)動(dòng)TTL與非門(mén)，已知開(kāi)路門(mén)輸出晶體管集電極最大允許電流IC(max)＝25mA，而與非門(mén)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2-31用題2-30中的OC門(mén)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：圖P2-31OC門(mén)輸出低電平時(shí)，應(yīng)保證三極管可靠截止，此時(shí)流入OC門(mén)電流，OC門(mén)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2-32圖P2-32CMOS反相器電路，若NMOS和PMOS管開(kāi)啟電壓，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=10VvI=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，（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。圖P2-322-33寫(xiě)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）圖（a）時(shí)，Y1=A，時(shí),Y1輸出高阻，圖（b）時(shí)，Y2=A，時(shí),Y1輸出高阻。圖P2-33兩個(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)?；圖（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)。圖P2-34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)。(b)。(c)（注意圖（c）中B應(yīng)為）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P2-352-36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(xiàn)：（1）三反相器；（2）三輸入或非門(mén)；（3）三輸入與非門(mén)；（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：圖P2-36(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(mén)：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(mén)。(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