第1章 数字电路和集成逻辑门电路习题解答.docx
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第1章数字电路和集成逻辑门电路习题解答
思考题与习题
1-1填空题
1)三极管截止的条件是UBE≤0V。
三极管饱和导通的条件是IB≥IBS。
三极管饱和导通的IBS是IBS≥(VCC-UCES)/βRc。
2)门电路输出为高电平时的负载为拉电流负载,输出为低电平时的负载为灌电流负载。
3)晶体三极管作为电子开关时,其工作状态必须为饱和状态或截止状态。
4)74LSTTL电路的电源电压值和输出电压的高、低电平值依次约为5V、2.7V、0.5V。
74TTL电路的电源电压值和输出电压的高、低电平值依次约为5V、2.4V、0.4V。
5)OC门称为集电极开路门门,多个OC门输出端并联到一起可实现线与功能。
6)CMOS门电路的输入电流始终为零。
7)CMOS门电路的闲置输入端不能悬空,对于与门应当接到高电平,对于或门应当接到低电平。
1-2选择题
1)以下电路中常用于总线应用的有abc。
A.TSL门B.OC门C.漏极开路门D.CMOS与非门
2)TTL与非门带同类门的个数为N,其低电平输入电流为1.5mA,高电平输入电流为10uA,最大灌电流为15mA,最大拉电流为400uA,选择正确答案N最大为B。
A.N=5B.N=10C.N=20D.N=40
3)CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比突出的优点是ACD。
A.微功耗B.高速度C.高抗干扰能力D.电源范围宽
4)三极管作为开关使用时,要提高开关速度,可D。
A.降低饱和深度B.增加饱和深度
C.采用有源泄放回路D.采用抗饱和三极管
5)对于TTL与非门闲置输入端的处理,可以ABD。
A.接电源B.通过电阻3kΩ接电源
C.接地D.与有用输入端并联
6)以下电路中可以实现“线与”功能的有CD。
A.与非门B.三态输出门
C.集电极开路门D.漏极开路门
7)三态门输出高阻状态时,ABD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
8)已知发光二极管的正向压降UD=1.7V,参考工作电流ID=10mA,某TTL门输出的高低电平分别为UOH=3.6V,UOL=0.3V,允许的灌电流和拉电流分别为IOL=15mA,IOH=4mA。
则电阻R应选择D。
A.100ΩB.510ΩC.2.2kΩD.300Ω
图1-60题1.17图
9)74HC×××系列集成电路与TTL74系列相兼容是因为C。
A.引脚兼容B.逻辑功能相同C.以上两种因素共同存在
10)74HC电路的最高电源电压值和这时它的输出电压的高、低电平值依次为C。
A.5V、3.6V、0.3VB.6V、3.6V、0.3VC.6V、5.8V、0.1V
1-3判断题
1)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。
(√)
2)集成与非门的扇出系数反映了该与非门带同类负载的能力。
(√)
3)将二个或二个以上的普通TTL与非门的输出端直接相连,可实现线与。
(×)
4)三态门的三种状态分别为:
高电平、低电平、不高不低的电压。
(×)
5)TTLOC门(集电极开路门)的输出端可以直接相连,实现线与。
(√)
6)当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑1。
(√)
7)TTL集电极开路门输出为1时由外接电源和电阻提供输出电流。
(√)
8)CMOSOD门(漏极开路门)的输出端可以直接相连,实现线与。
(√)
9)CMOS或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相同。
(√)
1-4试判断图1-50所示各电路中三极管工作处在什么状态,分别求出它们的基极电流
、集电极电流
,并求出
。
图1-50题1-4图
解:
假设三极管集电极-发射极饱和压降
(a)
,饱和电流
所以三极管处于放大状态,则
,
(b)
,饱和电流
所以三极管处于饱和状态,则
,
(c)等效输入电压
,
等效输入电阻
,则
,饱和电流
所以三极管处于放大状态,则
,
(d)
,
,
(e)假设三极管处于放大状态
,
饱和电流
所以三极管处于放大状态,则
,
1-5为什么TTL与非门电路的输入端悬空时,可视为输入高电平?
对与非门和或非门而言,不用的输入端有几种处理方法?
答:
从TTL与非门的输入端负载特性可知,当其输入端所接电阻大于其开门电阻时,相当于输入端为高电平,输入端悬空时,其输入端所接电阻相当于无穷大,大于其开门电阻,所以可视为输入高电平。
对与非门而言,不用的输入端有三种处理方法:
悬空、接高电平或和其它输入端并联使用;对或非门而言,不用的输入端有两种处理方法:
接低电平或和其它输入端并联使用。
1-6电路如图1-51所示,其中与非门、或非门为CMOS门电路。
试分别写出图中
、
、
、
的逻辑表达式,并判断如图所示的连接方式能否用于TTL电路。
图1-51题1-6图
解:
,
。
,
1-7图1-52所示的TTL门电路中,输入端1、2、3为多余输入端,试问哪些接法是正确的?
图1-52题1.7图
答:
图a、b、d、e、g是正确的。
1-8电路如图1-53所示,试写出各电路的逻辑表达式。
a)b)c)d)
图1-53题1.8图
答:
,
,
,
1-9图1-54所示电路是用TTL反相器74LS04来驱动发光二极管的电路,试分析
哪几个电路图的接法是正确的,为什么?
设LED的正向压降为1.7V,电流大于1mA时发光,试求正确接法电路中流过LED的电流。
图1-54题1.9图
解:
b图和d图的接法是正确的,因为其它两种接法的工作电流不满足要求。
b图,当输出为高电平时,流过LED的电流大于
;
d图,当输出为低电平时,流过LED的电流大于
。
1-10电路如图1-55所示,测得各引脚的逻辑电平如表1-15所示,试分析该电路是否有问题?
如果有问题,则分析哪一个门电路发生了故障?
图1-55题1.10图
表1-15各引脚的逻辑电平
引脚
逻辑电平
1
高
2
低
3
低
4
低
5
低
6
高
7
低
8
高
9
低
10
低
11
低
12
低
13
高
14
高
答:
第2、5个非门发生故障。
1-11图1-56所示,在测试TTL与非门的输出低电平
时,如果输出端不是接相当于8个与非门的负载电阻
,而是接
,会出现什么情况,为什么?
图1-56题1-11图
答:
此时,输出低电平会超过允许值,因为,当负载电流太大时,与非门输出级的驱动管(发射极接地的三极管)的饱和条件将不再满足,管子会处于放大状态,集电极电位会上升,即输出电平上升。
1-12具有推拉输出级的TTL与非门输出端是否可以直接连接在一起?
为什么?
答:
不可以直接连接在一起。
如果一个门导通,另一个门截止,其输出级工作电流很大,可能会损坏器件。
1-13如图1-57图所示为TTL与非门组成的电路,试计算门G1能驱动多少同样的与非门电路。
要求G1输出高、低电平满足VOH≥3.2V,VOL≤0.4V。
与非门的输入电流为IIL≤-1.6mA,IIH≤40μA。
VOL≤0.4V时输出电流最大值为IOL(max)=16mA,VOH≥3.2V时输出电流最大值为IOH(max)=-0.4mA。
G1的输出电阻忽略不计。
图1-57题1-13图
解:
当一个TTL与非门的所有输入端并联起来时,总的高电平输入电流为nIIH,而低电平电流则为IIL。
当输出低电平时,N个负载门灌入的电流不得超过IOL(max),即
也就是说
当输出高电平时,N个负载门拉出的电流不得超过
,即
也就是说
,故门G1能驱动5个同样的与非门电路
1-14电路如图1-58a、b、c所示,已知A、B波形如图1-58d)所示,试画出相应的Y输出波形。
a)b)c)
d)
图1-58题1-14图
答:
a)与非门的功能
b)输出始终为高阻
c)输出为高阻
1-15如图1-59a)所示电路,是用OC门驱动发光二极管的典型接法。
设该发光二极管的正向压降为1.7V,发光时的工作电流为10mA,OC非门7405和74LS05的输出低电平电流
分别为16mA和8mA。
试问:
1)应选用哪一型号的OC门?
2)求出限流电阻R的数值。
3)图1-59b)错在哪里?
为什么?
图1-59题1-15图
解:
1)应选用7405。
2)
,R应选用300欧姆的电阻。
3)OC门在使用时,输出端必须接上拉电阻到电源正极,否则,其输出的两种状态则分别为低电平和高阻态。
b图中输出端与电源正极之间没有接上拉电阻,所以,所接的发光二极管不管是什么情况均不会发光。
1-16如图1-60所示电路,试写出输出与输入的逻辑表达式。
图1-60题1-16图
答:
1-17画出图1-61所示三态门的输出波形。
图1-61题1-17图
a)电路b)输入波形
b)
1-18如图1-62所示为一继电器线圈驱动电路。
要求在vI=VIH时三极管V截止,而vI=0时三极管饱和导通。
已知OC门输出管截止时的漏电流IOH≤100μA,导通时允许流过的最大电流
IOL(max)=10mA,管压降小于0.1V,导通内阻小于20Ω。
三极管β=50,饱和导通内阻RCE(sat)=20Ω。
继电器线圈内阻240Ω,电源电压VCC=12V、VEE=-8V,R2=3.2kΩ,R3=18kΩ,试求R3的取值范围。
图1-62题1-18图
解:
时,OC门输出低电平
,使三极管T截止,
,设IR1方向自上而下,设IR2方向自左而右,OC门的负载电流IOL方向自右而左,则
于是
时,OC门输出高电平
,使三极管T饱和导通,设其饱和压降
,三极管的集电极电流
其基极电流应满足
设
的方向从右到左,
的方向自上而下,则
由
得
综上所述
1-19电路如图1-63所示。
1)无论开关接于“1”还是“0”,或非门的输出端引脚1始终输出低电平。
该电路是否存在问题,如有问题,问题是出在反相器还是出在或非门上?
2)当开关接于“0”时,如果或非门的引脚2和引脚3状态均为低电平,则电路是否正常?
如不正常,故障出现在哪里?
图1-63题1-19图
答:
1)没有问题
2)反相器
1-20电路如图1-64所示。
试分析电路,写出输出函数F1、F2的逻辑表达式。
图1-64题1-20图
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