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1、 數(shù) 字 電 子 技 術 基 礎 習 題 課教 學 課 件 邏 輯 門 電 路 是 各 種 數(shù) 字 電 路 及 數(shù) 字 系 統(tǒng) 的 基 本 邏 輯 單 元 。 本 章 首 先 介紹 了 半 導 體 二 極 管 和 三 極 管 的 開 關 特 性 ， 同 時 介 紹 了 TTL和 CMOS兩 類 集 成門 電 路 的 特 性 ， 即 它 們 的 邏 輯 功 能 和 外 部 電 氣 特 性 （ 包 括 電 壓 傳 輸 特 性 、輸 入 特 性 、 輸 出 特 性 和 動 態(tài) 特 性 等 ） 。 為 便 于 合 理 選 擇 和 正 確 使 用 數(shù) 字集 成 器 件 ， 必 須 熟 悉 它 們 的 主

2、 要 參 數(shù) ， 邏 輯 門 使 用 中 的 接 口 問 題 以 及 其他 一 些 實 際 問 題 。1.熟 練 掌 握 各 種 門 電 路 的 邏 輯 功 能 、 符 號 和 參 數(shù) 。2.正 確 理 解 以 下 基 本 概 念 ： 推 拉 式 輸 出 、 線 與 、 高 阻 態(tài) 。3.熟 悉 各 門 電 路 的 結 構 、 工 作 原 理 、 主 要 參 數(shù) 及 應 用 中 注 意 的 問 題 。4.會 應 用 各 種 門 電 路 。二 、 本 章 要 求 ：一 、 本 章 內 容 ： 例 3.1 為 什 么 說 TTL與 非 門 的 輸 入 端 在 以 下 4種 接 法 下 都 屬 于

3、邏 輯 0：（ 1） 輸 入 端 接 地 ； （ 2） 輸 入 端 接 低 于 0.8V的 電 源 ；（ 3） 輸 入 端 接 同 類 與 非 門 的 輸 出 低 電 壓 0.3V；（ 4） 輸 入 端 通 過 200 的 電 阻 接 地 。)7.0( CCb1i VRR RV V2.0)7.05(42.0 2.0 圖 3.1 輸 入 端 通 過電 阻 接 地 的 情 況+Vb1B1 T R1i CC4K+ ViR iE1 VVOL 4.0 VVIL 8.0解 : TTL電 路 輸 出 低 電 平 ， 輸 入 低 電 平， 所 以 前 三 種 情 況 輸 入 都 在 低 電 平 范 圍 內 ，

4、 屬 于 邏 輯 0。當 輸 入 端 通 過 200W的 電 阻 接 地 時 ， 見 圖 3.1。由 電 路 分 析 得 ： 可 見 ， 輸 入 電 壓 小 于 關 門 電 平 ，所 以 此 種 輸 入 的 接 法 也 屬 于 邏 輯 0。三 、 典 型 例 題 ： 例 3.2為 什 么 說 TTL與 非 門 的 輸 入 端 在 以 下 4種 接 法 下 ， 都 屬 于 邏 輯 1： （ 1） 輸 入 端 懸 空 ； （ 2） 輸 入 端 接 高 于 2V的 電 源 ； （ 3） 輸 入 端 接 同 類 與 非 門 的 輸 出 高 電 壓 3.6V； （ 4） 輸 入 端 接 10k 的 電

5、阻 到 地 。解 ： TTL電 路 輸 出 高 電 平 V4.2OH V ， 輸 入 高 電 平 V2IH V對 于 （ 2） 和 （ 3） ， 輸 入 電 壓 都 高 于 2V， 屬 于 邏 輯 1。 當 輸 入 懸 空 時 ，輸 入 PN結 截 止 ， 與 輸 入 高 電 平 使 PN結 截 止 一 樣 ， 因 此 為 邏 輯 1；當 輸 入 端 接 10kW的 電 阻 到 地 時 ， 見 圖 3.2。 。)7.0( CCb1i VRR RV V1.3)7.05(41010 可 見 ， 輸 入 電 壓 大 于 2V， 所 以 此 種 輸 入 的 接 法 也 屬 于 邏 輯 1。 但 要 注

6、 意 的 是 ， 在 這 種 輸 入 的 作 用 下 ， 會 使 T1的 集 電 結 正 偏 導 通 、 T2、 T3管 飽 和 導 通 ， VB1=2.1V。 而 R的 存 在 致 使 T1的 發(fā) 射 結 也 是 導 通 的 ， 所 以 輸 入 電 壓 Vi最 終 被 鉗 制 在 1.4V上 。 圖 3.2 輸 入 端 通 過電 阻 接 地 的 情 況+Vb1B1 T R 1 i CC 4K + ViR iE1 例 3.3 電 路 如 圖 3.3所 示 ， 寫 出 輸 出 L的 表 達 式 。 設 電 路 中 各 元 件 參 數(shù) 滿 足使 三 極 管 處 于 飽 和 及 截 止 的 條 件

7、。 圖 3.3電 路 圖 +V L A B C L +V L A B +V +V L BA A D D T1 23 T1 2 3 1 2 3 T 1 2 3 D D D 1 2 3 T1 23 (a) R CC C2 1 (b) 4 R CC R C Rb R (c) b R CC RC CC Rb 1R 1 1 2 Rb 2 T T1 2 1 2 3 3 4 (d) 解 ： （ a） 此 電 路 由 兩 級 邏 輯 門 構 成 ， 第 一 級 是 與 門 ， 輸 出 為 AB； 第 二 級 是 或 門 ，輸 出 為 ： L1=AB+C AL 2 （ b） 此 電 路 是 只 有 一 個 輸

8、入 端 的 邏 輯 電 路 。 當 輸 入 端 A為 低 電 平 時 ， T1發(fā) 射 結 導通 ， VB12.1V， D、 T2截 止 ， L2輸 出 高 電 平 ； 當 輸 入 端 A為 高 電 平 時 ， T1發(fā) 射 結 不 通 ， +VCC足 以 使 D、 T2導 通 ， L2輸 出 低 電 平 。 由 以 上 分 析 可 見 ： ABBABABAL 3 （ c） 此 電 路 有 兩 個 輸 入 端 ， 可 以 分 幾 種 情 況 討 論 其 工 作 過 程 ：當 輸 入 A、 B均 為 低 電 平 時 ， T1、 T2都 截 止 ， L3以 下 部 分 的 支 路 不 通 ， 輸 出

9、高 電 平 ；當 輸 入 A、 B一 高 一 低 時 ， T1、 T2中 有 個 截 止 ， L3以 下 部 分 的 支 路 仍 不 通 ， 輸 出 高 電 平 ；當 輸 入 A、 B均 為 高 電 平 時 ， T1、 T2都 飽 和 導 通 ， L3以 下 部 分 的 支 路 導 通 ， 輸 出 低 電 平 。根 據(jù) 以 上 分 析 可 以 列 出 真 值 表 如 表 解 2.1。 由 真 值 表 可 得 表 達 式 ： （ d） 此 電 路 有 兩 個 輸 入 端 ， 可 以 分 幾 種 情 況 討 論 其 工 作 過 程 ： 當 輸 入 A、 B均 為 低 電 平 時 ， T1、 T2都

10、 截 止 ， L4以 下 部 分 的 支 路 不 通 ， 輸 出 高 電 平 ； 當 輸 入 A、 B一 高 一 低 時 ， T1、 T2中 有 個 飽 和 導 通 ， L4以 下 部 分 的 支 路 導 通 ， 輸 出 低 電平 ； 當 輸 入 A、 B均 為 高 電 平 時 ， T1、 T2都 飽 和 導 通 ， L4以 下 部 分 的 支 路 導 通 ， 輸 出 低 電 平。 根 據(jù) 以 上 分 析 可 得 表 達 式 ： BABAL 4 圖 3.4BA =1VCC L1 1 A 2LBC & 1EN& BC 1G L 3A & ABC(a) (b)(c) (d)例 3.4 在 圖 3.

11、4中 ， 所 有 的 門 電 路 都 為 TTL門 ， 設 輸 入 A、 B、 C的 波 形如 圖 3.4 （ d） 所 示 ， 試 定 量 畫 出 各 輸 出 的 波 形 圖 。 A 1 B C L L 2 L 3 解 圖 3.5 B LV V LCAA BDD DD1(a) (b)例 3.5寫 出 圖 3.5 所 示 電 路 的 邏 輯 表 達 式 。解 ： 圖 3.5所 示 為 CMOS邏 輯 電 路 。 其 表 達 式 ： BABAL 1 BCAL 2 ， 圖 3.6 例 3.6 分 析 圖 3.6所 示 電 路 ， 求 輸 入 S1、 S0各 種 取 值 下 的 輸 出 Y， 寫 出

12、 真 值 表 。 EN EN EN 1 1 1 1SS 0 MD D N D P Y YS 0S 1 0 0 0 1 1 0 1 1 輸 入 輸 出 表 題 2.18 1 & 1解 ： 在 輸 入 S1、 S0各 種 取 值 下 的 輸 出 Y見 下 表 。輸 入 輸 出S 1 S0 Y0 00 11 01 1 NDY PDY MDY MDY 例 3.7試 分 析 如 下 圖 所 示 TTL門 電 路 的 邏 輯 功 能 。解 ： 首 先 將 電 路 劃 分 為 虛 線 框 內 的 六 個 基 本 功 能 模 塊 ： 最 左 邊 的 三 個 “ 與 ” 結 構 模 塊 、 中 間 的 兩 個

13、“ 或 非 ” 結 構 模 塊 和 最 右 邊 的 “ 推 拉 式輸 出 ” 模 塊 ， 然 后 自 左 而 右 地 逐 個 寫 出 每 個 模 塊 的 邏 輯 關 系 式 （ 如 圖中 所 示 ） ， 最 后 得 到 例 3.8試 分 析 圖 3.8電 路 的 邏 輯 功 能 。 圖 3.8 解 ： 這 個 CMOS電 路 可 以 劃 分 成 四 個 反 相 器 和 一 個 傳 輸 門 共 五 個 功 能 模 塊 。 傳 輸 門 的 工 作 狀 態(tài) 由 和 控 制 ， 當 0時 傳 輸 門 導 通 ， 輸； 當 1時 傳 輸 門 截 止 。 電 路 圖 中 間 的 一 個 反 相狀 態(tài) 的

14、控 制 ， 當 0時 ( 1) 和 同 時 導 通 ， 反 相 器 工 作 ， 輸 出等 于 。 再 經 過 輸 出 端 反 相 器 以 后 得 到把 上 式 的 真 值 表 列 出 即 可 看 到 ， 。出 等 于 輸 入 的 例 3.9在 CMOS電 路 中 有 時 采 用 圖 P3.9（ a） （ d） 所 示 的 擴 展 功 能用 法 ， 試 分 析 各 圖 的 邏 輯 功 能 ， 寫 出 Y1Y4的 邏 輯 式 。 已 知 電 源 電壓 VDD=10V， 二 極 管 的 正 向 導 通 壓 降 為 0.7V。 EDCBAY 2(b)(c) DEFABCY 3解 ABCDEY 1(a)

15、 FEDCBAY 4(d)圖 3.9 題 3.1 在 圖 3.2.5所 示 的 正 邏 輯 與 門 和 圖 3.2.6所 示 的 正 邏 輯 或 門 電 路中 ， 若 改 用 負 邏 輯 ， 試 列 出 它 們 的 邏 輯 真 值 表 ， 并 說 Y和 A、 B之 間 是 什么 輯 關 系 。 解 :將 表 3.2.2中 的 0改 成 1、 1改 成 0,就 得 到 了 圖 3.2.5電 路 的 負 邏 輯 真 值 表 . 如 表 A3.1(a)。 這 個 真 值 表 說 明 Y與 A,B之 間 是 邏 輯 或 的 關 系 ， 即 Y=A+B 同 理 ， 將 表 3.2.4中 的 0改 成 1

16、、 1改 成 0， 就 得 到 了 圖 3.2.6電 路 的 負 邏 輯 真 值 表 ， 如 表 A3.1(b)。 這 個 真 值 表 表 明 Y和 A,B之 間 是 與 的 邏 輯 關 系 ， 即 Y=A B 四 、 課 后 習 題 題 3.2 試 畫 出 圖 3.2中 各 個 門 電 路 輸 出 端 的 電 壓 波 形 。 輸 入 端 A、 B的電 壓 波 形 如 圖 中 所 示 。解 :根 據(jù) 與 非 、 或 非 和 異 或 邏 輯 的 定 義 ， 畫出 Y1、 Y2和 Y3的 波 形 如 右 圖 所 示 。 題 3.7 試 分 析 圖 3.7中 各 電 路 的 邏 輯 功 能 ， 寫

17、出 輸 出 的 邏 輯 函 數(shù) 式 。 解 （ a） 電 路 可 劃 分 為 四 個 反 相 器 和 一 個 3輸 入 端 的 與 非 門 電 路 ， 如 圖 所 示 。 從輸 入 到 輸 出 逐 級 寫 出 的 邏 輯 函 數(shù) 式 得 到 Y=ABC=(A+B+C)。 （ b） 電 路 可 劃 分 為 五 個 反 相 器 電 路 和 一 個 或 非 門 電 路 ， 如 圖 所 示 。 從 輸 入到 輸 出 逐 級 可 寫 出 輸 出 的 邏 輯 函 數(shù) 式 得 到 Y=(A+B+C)=ABC. 解 (c) 電 路 可 劃 分 為 三 個 與 非 門 電 路 ， 一 個 或 非 門 電 路 和

18、 兩 個 反 相 器 電 路 ， 如圖 所 示 。 從 輸 入 到 輸 出 逐 級 可 寫 出 輸 出 的 邏 輯 函 數(shù) 式 得 到Y=(AB+CD)+INH)=(AB+CD).INH (d) 電 路 可 劃 分 為 兩 個 反 相 器 電 路 和 兩 個 傳 輸 門 電 路 ， 如 圖 所 示 。 從 電 路 圖列 出 表 示 Y與 AB關 系 的 真 值 表 如 下 。 由 真 值 表 寫 出 邏 輯 式 A=AB+AB（ c） （ d） 解 Y1,Y2的 電 壓 波 形 如 圖 A3.8。 圖 中 用 表 示 高 組 態(tài) 。 題 3.8 試 畫 出 下 圖 （ a） （ b） 兩 個

19、電 路 的 輸 出 電 壓 波 形 。 輸 入 電 壓 波 形 如 圖（ c） 所 示 。 題 3.14 指 出 圖 P3.14中 各 個 門 電 路 的 輸 出 是 什 么 狀 態(tài) （ 高 電 平 、 低 電 平 或 高 阻 態(tài) ） 。 已 知 這 些 門 電 路 都 是 74系 列 TTL電 路 解 ： Y1為 低 電 平 ； Y2為 高 電 平 ； Y3為 高 電 平 ； Y4為 低 電 平 ； Y5為 低 電 平 ； Y6 為 高 阻 態(tài) ； Y7為 高 電 平 ； Y8為 低 電 平 。 題 3.15 說 明 圖 3.15中 各 門 電 路 的 輸 出 時 高 電 平 還 是 低 電

20、 平 。 已 知 他 們都 是 74HC系 列 的 CMOS電 路 。 解 ： Y1為 高 電 平 ； Y2為 高 電 平 ； Y3為 低 電 平 ； Y4為 低 電 平 。 MG MG V2.3OH V題 3.16在 圖 P3.16由 74系 列 TTL與 非 門 組 成 電 路 中 ， 計 算 門 能驅 動 多 少 同 樣 的 與 非 門 。 要 求 輸 出 的 高 、 低 電 平 足 ， 。 與 非 門 的 輸 入 電 流 為 V時 輸出 電 流 最 大 值 為 ， 時 輸 出 電 流 最 大 值 為 輸 出 電 阻 可 忽 略 不 計 。V4.0OL V 4.0 A40 m A 16

21、OLIHIL VII ，m A16(m ax)OL I V 2.3OH Vm A4.0(m ax)OH I MG解 當 時 ， 可 求 得 ， V4.0OL0 Vv 106.116IL(m ax)OL IIn當 時 ， 可 求 得 ，V2.3OH0 Vv 504.02 4.02 IHOH(m ax) IIn故 能 驅 動 5個 同 樣 的 與 非 門 。 圖 3.16 MG MG V2.3OH V題 3.17在 圖 P3.17由 74系 列 或 非 門 組 成 電 路 中 ， 試 求 門 能 能驅 動 多 少 同 樣 的 或 非 門 。 要 求 輸 出 的 高 、 低 電 平 滿 足 ， 和

22、。 或 非 門 的 輸 入 電 流 為 時 輸 出 電 流 的 最 大 值 為 ， 時 輸 出 電 流 的 最大 值 為 的 輸 出 電 阻 可 忽 略 不 計 。V4.0OL V V4.0A40m A6.1 OLIHIL VII ，m A16(m ax)OL I V2.3OH VM(m ax)OH .Gm A.4.0 。I解 當 時 ， 可 以 求 得V4.0OL0 Vv 56.12162 IL(m ax)OL IIn當 時 ， 又 可 求 得V2.3OH0 Vv 504.02 4.02 IHOH(m ax) IIn故 能 驅 動 5個 同 樣 的 或 非 門 。 MG 圖 3.17 題 3

23、.18試 說 明 在 下 列 情 況 下 ， 用 萬 用 表 測 量 圖 P3.18的 2 Iv為 多 少 ？ 圖 中 的 與 非 門 為 74系 列 的 TTL電 路 ， 萬 用 表 使 用 5V量 程 ，內 阻 為 20k /V。 端 得 到 的 電 壓1 Iv（ 1） 懸 空 ；（ 2） 1 Iv 接 低 電 平 （ 0.2 V） ；1 Iv 1 Iv 1 Iv（ 3） 接 高 電 平 （ 3.2） ；經 51 電 阻 接 地 ；經 10k 電 阻 接 地 。（ 4）（ 5）解 這 時 相 當 于 2 Iv 端 經 過 一 個 100k 的 電 阻 接 地 。 假 定 與 非 門 輸 入

24、 端 多 發(fā) 射極 三 極 管 發(fā) 射 結 的 導 通 壓 降 均 為 0.7V， 則 有（ 1） 2 Iv 1.4V（ 2） 2 Iv 0.2V （ 3） 2 Iv 1.4V（ 4） 2 Iv 0V （ 5） 2 Iv 1.4V 1R 2R VVIL 4.0VVIH 4 1R 2R 51 GGAI 20H I .m A4.0L I I題 3.21在 圖 P3.21電 路 中 、 和 C構 成 輸 入 濾 波 電 路 。 當 開 關 S閉 合 時 ，； 當 開 關 S斷 開 時 ， 要 求 門 電 路， 試 求 和 的 最 大 允 許 阻 值 。系 列 TTL反 相 器 ， 它 們 的 高 電

25、 平 輸 入 電 流 ， 低 電 平 輸 入 電 流要 求 門 電 路 的 輸 入 電 平的 輸 入 電 壓 為 74LS 圖 3.21解 當 S閉 合 時 1R 被 短 路 ， 故 有 k2.0k4.05 4.05(m ax)2 ILILIVR 1R 2R當 S斷 開 時 ， 門 電 路 的 高 電 平 輸 入 電 流流 經 和 ， 故 得 到 k10k02.05 455)( m ax21 IH IHCC I VVRR因 此 k8.9k)2.010(m ax)(1R 題 3.29 試 說 明 下 列 各 種 門 電 路 中 哪 些 可 以 將 輸 出 端 并 聯(lián) 使 用 （ 輸入 端 的 狀 態(tài) 不 一 定 相 同 ） 。 （ 1） 具 有 推 拉 式 輸 出 級 的 TTL電 路 ； （ 2） TTL電 路 的 OC門 ； （ 3） TTL電 路 的 三 態(tài) 輸 出 門 ； （ 4） 普 通 的 CMOS門 ； （ 5） 漏 極 開 路 輸 出 的 CMOS門 ； （ 6） CMOS電 路 的 三 態(tài) 輸 出 門 。解 （ 1） 、 （ 4） 不 能（ 2） 、 （ 3） 、 （ 5） 、 （ 6） 可 以 。