1、数字电子技术基础数字电子技术基础习题课习题课教学课件教学课件电子信息工程教研室电子信息工程教研室电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室2 逻辑门电路是各种数字电路及数字系统的基本逻辑单元。本章首先介绍了半导体二极管和三极管的开关特性，同时介绍了TTL和CMOS两类集成门电路的特性，即它们的逻辑功能和外部电气特性（包括电压传输特性、输入特性、输出特性和动态特性等）。为便于合理选择和正确使用数字集成器件，必须熟悉它们的主要参数，逻辑门使用中的接口问题以及其他一些实际问题。1.1.熟练掌握各种门电路的逻辑功能、符号和参数。2.正确理解以下基本概念：推拉式输出、线与、高阻态。3.熟
2、悉各门电路的结构、工作原理、主要参数及应用中注意的问题。4.会应用各种门电路。二、本章要求：二、本章要求：一、本章内容一、本章内容：电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室3例例3.13.1 为什么说TTL与非门的输入端在以下4种接法下都属于逻辑0：（1）输入端接地；（2）输入端接低于0.8V的电源；（3）输入端接同类与非门的输出低电压0.3V；（4）输入端通过200的电阻接地。)7.0(CCb1iVRRRVV2.0)7.05(42.02.0图3.1 输入端通过电阻接地的情况+Vb1B1TR1iCC4K+ViRiE1VVOL4.0VVIL8.0解:TTL电路输出低电平，输入低
3、电平，所以前三种情况输入都在低电平范围内，属于逻辑0。当输入端通过200W的电阻接地时，见图3.1。由电路分析得：可见，输入电压小于关门电平，所以此种输入的接法也属于逻辑0。三、典型例题：三、典型例题：电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室4 例例3.23.2为什么说TTL与非门的输入端在以下4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的电阻到地。解：TTL电路输出高电平 V4.2OHV，输入高电平 V2IHV对于（2）和（3），输入电压都高于2V，属于逻辑1。当输入悬空时，输入
4、PN结截止，与输入高电平使PN结截止一样，因此为逻辑1；当输入端接10kW的电阻到地时，见图3.2。)7.0(CCb1iVRRRVV1.3)7.05(41010 可见，输入电压大于2V，所以此种输入的接法也属于逻辑1。但要注意的是，在这种输入的作用下，会使T1的集电结正偏导 通、T2、T3管饱和导通，VB1=2.1V。而R的存在致使T1的发射 结也是导通的，所以输入电压Vi最终被钳制在1.4V上。图3.2 输入端通过电阻接地的情况+Vb1B1TR1iCC4K+ViRiE1电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室5例例3.33.3 电路如图3.3所示，写出输出L的表达式。设电路
5、中各元件参数满足使三极管处于饱和及截止的条件。图3.3电路图+VLABCL+VLAB+V+VLBAADDT123T123123T123DDD123T123(a)RCCC21(b)4RCCRCRbR(c)bRCCRCCCRb1R112Rb2TT1212334(d)电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室6解：（a）此电路由两级逻辑门构成，第一级是与门，输出为AB；第二级是或门，输出为：L1=AB+CAL2 （b）此电路是只有一个输入端的逻辑电路。当输入端A为低电平时，T1发射结导通，VB12.1V，D、T2截止，L2输出高电平；当输入端A为高电平时，T1发射结不通，+VCC足以
6、使D、T2导通，L2输出低电平。由以上分析可见：ABBABABAL3 （c）此电路有两个输入端，可以分几种情况讨论其工作过程：当输入A、B均为低电平时，T1、T2都截止，L3以下部分的支路不通，输出高电平；当输入A、B一高一低时，T1、T2中有个截止，L3以下部分的支路仍不通，输出高电平；当输入A、B均为高电平时，T1、T2都饱和导通，L3以下部分的支路导通，输出低电平。根据以上分析可以列出真值表如表解2.1。由真值表可得表达式：（d）此电路有两个输入端，可以分几种情况讨论其工作过程：当输入A、B均为低电平时，T1、T2都截止，L4以下部分的支路不通，输出高电平；当输入A、B一高一低时，T1、
7、T2中有个饱和导通，L4以下部分的支路导通，输出低电平；当输入A、B均为高电平时，T1、T2都饱和导通，L4以下部分的支路导通，输出低电平。根据以上分析可得表达式：BABAL4电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室7图3.4BA=1VCCL1 1A2LBC&1EN&BC1GL3A&ABC(a)(b)(c)(d)例例3.43.4 在图3.4中，所有的门电路都为TTL门，设输入A、B、C的波形如图3.4（d）所示，试定量画出各输出的波形图。A1BCLL2L3 解电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室8图3.5 BLVVLCAABDDDD1(a)(b)例例3.
8、53.5写出图3.5 所示电路的逻辑表达式。解：图3.5所示为CMOS逻辑电路。其表达式：BABAL1BCAL2电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室9，图3.6 例例3.63.6 分析图3.6所示电路，求输入S1、S0各种取值下的输出Y，写出真值表。ENENEN1111SS0MDDNDPYYS0S10 00 11 01 1输入输出表题2.181&1解：在输入S1、S0各种取值下的输出Y见下表。输入输出S1S0Y00011011NDY PDY MDY MDY 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室10例例3.73.7试分析如下图所示TTL门电路的逻辑功能
9、。解：首先将电路划分为虚线框内的六个基本功能模块：最左边的三个“与”结构模块、中间的两个“或非”结构模块和最右边的“推拉式输出”模块，然后自左而右地逐个写出每个模块的逻辑关系式（如图中所示），最后得到电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室11例例3.83.8试分析图3.8电路的逻辑功能。图3.8电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室12解：这个CMOS电路可以划分成四个反相器和一个传输门共五个功能模 块。传输门的工作状态由和控制，当0时传输门导通，输；当1时传输门截止。电路图中间的一个反相状态的控制，当0时(1)和同时导通，反相器工作，输出等于。再经过输
10、出端反相器以后得到把上式的真值表列出即可看到，。出等于输入的电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室13例例3.93.9在CMOS电路中有时采用图P3.9（a）（d）所示的扩展功能用法，试分析各图的逻辑功能，写出Y1Y4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。EDCBAY2(b)(c)DEFABCY3解 ABCDEY 1(a)FEDCBAY 4(d)图3.9电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室14题3.1 在图3.2.5所示的正逻辑与门和图3.2.6所示的正逻辑或门电路中，若改用负逻辑，试列出它们的逻辑真值表，并说Y和A、B
11、之间是什么辑关系。解:将表3.2.2中的0改成1、1改成0,就得到了图3.2.5电路的负逻辑真值表.如表A3.1(a)。这个真值表说明Y与A,B之间是逻辑或的关系，即Y=A+B 同理，将表3.2.4中的0改成1、1改成0，就得到了图3.2.6电路的负逻辑真值表，如表A3.1(b)。这个真值表表明Y和A,B之间是与的逻辑关系，即Y=AB四、课后习题电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室15题3.2 试画出图3.2中各个门电路输出端的电压波形。输入端A、B的电压波形如图中所示。解:根据与非、或非和异或逻辑的定义，画出Y1、Y2和Y3的波形如右图所示。电子与信息工程学院电子与信息
12、工程学院 电子教研室电子教研室16题3.7 试分析图3.7中各电路的逻辑功能，写出输出的逻辑函数式。解（a）电路可划分为四个反相器和一个3输入端的与非门电路，如图所示。从输入到输出逐级写出的逻辑函数式得到Y=ABC=(A+B+C)。（b）电路可划分为五个反相器电路和一个或非门电路，如图所示。从输入到输出逐级可写出输出的逻辑函数式得到Y=(A+B+C)=ABC.电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室17解(c)电路可划分为三个与非门电路，一个或非门电路和两个反相器电路，如图所示。从输入到输出逐级可写出输出的逻辑函数式得到Y=(AB+CD)+INH)=(AB+CD).INH (
13、d)电路可划分为两个反相器电路和两个传输门电路，如图所示。从电路图列出表示Y与AB关系的真值表如下。由真值表写出逻辑式A=AB+AB（c）（d）电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室18解Y1,Y2的电压波形如图A3.8。图中用 表示高组态。题题3.83.8 试画出下图（a）（b）两个电路的输出电压波形。输入电压波形如图（c）所示。电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室19题题3.143.14 指出图P3.14中各个门电路的输出是什么状态（高电平、低电平 或高阻态）。已知这些门电路都是74系列TTL电路解：Y1为低电平；Y2为高电平；Y3为高电平；Y4为
14、低电平；Y5为低电平；Y6 为高阻态；Y7为高电平；Y8为低电平。电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室20题题3.153.15 说明图3.15中各门电路的输出时高电平还是低电平。已知他们都是74HC系列的CMOS电路。解：Y1为高电平；Y2为高电平；Y3为低电平；Y4为低电平。电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室21MGMGV2.3OHV题题3.16在图P3.16由74系列TTL与非门组成电路中，计算门 能驱动多少同样的与非门。要求 输出的高、低电平足 ，。与非门的输入电流为 V时输出电流最大值为 ，时输出电流最大值为 输出电阻 可忽略不计。V4.0
15、OLV4.0 A40 mA 16OLIHILVII，mA16(max)OLIV 2.3OHVmA4.0(max)OHIMG解 当 时，可求得，V4.0OL0Vv106.116IL(max)OLIIn当 时，可求得，V2.3OH0Vv504.024.02IHOH(max)IIn故能驱动5个同样的与非门。图3.16电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室22MGMGV2.3OHV题题3.17在图P3.17由74系列或非门组成电路中，试求 门能能驱动多少同样的或非门。要求输出的高、低电平满足 ，和 。或非门的输入电流为 时输出电流的最大值为 ，时输出电流的最大值为 的输出电阻可忽略
16、不计。V4.0OLVV4.0A40mA6.1OLIHILVII，mA16(max)OLIV2.3OHVM(max)OH.GmA.4.0。I解当 时，可以求得V4.0OL0Vv56.12162IL(max)OLIIn当 时，又可求得V2.3OH0Vv504.024.02IHOH(max)IIn故 能驱动5个同样的或非门。MG图3.17电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室23题题3.183.18试说明在下列情况下，用万用表测量图P3.18的2 Iv为多少？图中的与非门为74系列的TTL电路，万用表使用5V量程，内阻为20k/V。端得到的电压1 Iv（1）悬空；（2）1 Iv接
17、低电平（0.2 V）；1 Iv1 Iv1 Iv（3）接高电平（3.2）；经51电阻接地；经10k电阻接地。（4）（5）解 这时相当于2 Iv端经过一个100k的电阻接地。假定与非门输入端多发射极三极管发射结的导通压降均为0.7V，则有（1）2 Iv1.4V（2）2 Iv0.2V（3）2 Iv1.4V（4）2 Iv0V（5）2 Iv1.4V电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室241R2RVVIL4.0VVIH41R2R51 GGAI20H I.mA4.0L I I题3.21在图P3.21电路中、和C构成输入滤波电路。当开关S闭合时，；当开关S断开时，要求门电路，试求和的最大
18、允许阻值。系列TTL反相器，它们的高电平输入电流，低电平输入电流要求门电路的输入电平的输入电压为74LS图3.21解解 当S闭合时1R被短路，故有 k2.0k4.054.05(max)2ILILIVR1R2R当S断开时，门电路的高电平输入电流流经和，故得到 k10k02.05455)(max21IHIHCCIVVRR因此 k8.9k)2.010(max)(1R电子与信息工程学院电子与信息工程学院 电子教研室电子教研室25题3.29 试说明下列各种门电路中哪些可以将输出端并联使用（输入端的状态不一定相同）。（1）具有推拉式输出级的TTL电路；（2）TTL电路的OC门；（3）TTL电路的三态输出门；（4）普通的CMOS门；（5）漏极开路输出的CMOS门；（6）CMOS电路的三态输出门。解（1）、（4）不能（2）、（3）、（5）、（6）可以。
