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数字电路与逻辑设计 第02章 习题解答


IoH 0.5mA = ≈ 167 IiH 3 × 1uA IoH 0.5mA = ≈ 167 IiH 3 × 1uA
由 CMOS 的与非门电路可以得到,当与非门的 3 个输入端并接到高电平时,三个串接的 NMOS 管导通,而三个并接的 PMOS 管都截止,所以其输入高电平总电流为 3×IiH, n = 2)当非们输出为低电平时: 由 CMOS 的或非门电路可以得到,当或非门的 3 个输入端并接到低电平时,三个并接的 NMOS 管都截止,而三个串接的 PMOS 管导通,所以其输入低电平总电流为 3×IiL, n =
题图 2-7 答案:不能 2-8 由 CMOS 门组成的电路如题图 2-8 所示。已知 VDD =5V,VOH ≥3.5V,VOL ≤0.5V。门的驱动能力 IO=±4mA。问某人根据给定电路写出的输出表达式是否正确?
题图 2-8 (a) F1 = AB • CD 2-9 正确 (b) F2 =AB+CD 正确 (c) F3 =AB+CD 不正确
题图 2-5
∴ RL ≤
答案:①输出为高电平时:
′ − VOH (min) VCC nI OH + mI IH
(n = 2, m = 8)
=
5−3 = 3.2k 2*0.15 + 8*0.04
RL ≥
②当输出为低电平:
′ − VOL VCC (m ' = 6) I LM − m′I IL 5 − 0.3 = 0.47 K 16 − 6 ×1
RP (V − v BE 1 ) RP + R1 CC
0.1 (5 − 0.7) = 0.14V = 0.1 + 3
vI2= vI1 =0.14V
(5)vI1 经 10K 电阻接地 2-3
vI2=1.4V
已知 TTL 门的参数是 VOH=3.5V, VOL=0.1V, VIHmin=2.4V, VILmax =0.3V, IIH=20μA, IIS=1.0mA,
CMOS 门电路如题图 2-9 所示,分析此电路所完成的逻辑功能。
VDD C B A F
答案: F = A + B + C 题图 2-9 2-10 逻辑门电路如题图 2-10 所示,针对下面两种情况,分别讨论它们的输出与输入各是什么关系? 两个电路均为 CMOS 电路输出高电平 5V,输出低电平 0V。 答案: F1 = A; F 2 = 1 两个电路均为 TTL 电路输出高电平 3.6V,输出低电平 0.3V,门电路的开门电阻为 2KΩ ,关门电阻 为 0.8kΩ 。 答案: F1 = A; F 2 = A
=
选 RL=1K
2-6 已知题图 2-6 中各个门电路都是 74H 系列 TTL 电路,试写出各门电路的输出状态(0,1 或 Z)
Vcc ViH NO_ INPUT
&
Y1
ViL
≥1
ViH Y2
&
Y3
0
≥1
Vcc ViL EN=1
1
10K
0
ViL
Y4
& Y5
Vcc
1K
=1
Y6
100
1
1
0
题图 2-6 2-7 已知 TTL 三态门电路及控制信号 C1 , C2 的波形如题图 2-7 所示,试分析此电路能否正3 ×1uA
由 CMOS 的与非门电路可以得到,当与非门的 3 个输入端并接到低电平时,三个串接的 NMOS 管都截止,而三个并接的 PMOS 管导通,所以其输入低电平总电流为 3×IiL, n =
IoL 0.5mA = ≈ 167 IiL 3 ×1uA
总结以上结果,对电路(a)能够驱动 167 个三输入端或非门,对电路(b)能够驱动 167 个三输入端 与非门。
图 2-5 中的 RL 选择合适的阻值,已知 OC 门输出管截止时的漏电流为 IOH=150μA,输出管导通时允 许的最大负载电流为 ILM=16mA; 负载门的低电平输入电流为 IIL=1mA, 高电平输入电流为 IIH=40μA, V'CC=5V,要求 OC 门的输出高电平 VOH≧3.0V,输出低电平 VOL≦0.3V。
题图 2-13 答案: Y 1 = A ; Y 2 = AB ; Y 3 = A, Y 3 = A ; Y4 不能; Y 5 = AB • CD
'
Y6 不能; Y 7 = E AB + ECD ; Y8 不能 ; Y 9 = EA + EB ;Y10 不能 2-14 试分别画出实现逻辑函数 F1 = AC + BD + E ; F 2 = ( A + B) D + C 的 CMOS 电路图。 答案:
V CC R1 3k
v I1 v I2
V
& &
v I1 v I2
vB1 T1 100 100K
be 2 be 5
题图 2-2 答案:(1) vI1 悬空 vI2=1.4V (2)vI1=0.2V vI2=0.2V (3) vI1=3.2V vI2=1.4V
vI 1 =
(4)vI1 经 100Ω 电阻接地;
2-1 已知门电路及重复频率为 100MHZ 的输入信号如题图 2-1 所示。试补画出下列两种情况下的输出 信号波形。 (1) 不考虑非门的延迟时间; (2) 设非门、与非门的延迟时间均为 t PD =10ns.
答案:
Vi
t Vo1 10ns 20ns
Vo2
2-2 试说明在下列情况下, 用万用表测量题图 2-2 中 vI2 得到的电压各为多少?与非门为 74H 系列 TTL 电路,万用表使用 5V 量程,内阻为 20KΩ/V。vI1 悬空;(2)vI1=0.2V;(3)vI1=3.2V;(4) vI1 经 100Ω 电阻接地;(5)vI1 经 10K 电阻接地。
VDD
B A E C D E A B C A D C B A
VDD
D
F1
VDD
F2
D
B
2-15 设 CMOS 门电路参数为 IOH=0.5mA,IOL=0.5mA,IiH=1uA,IiL=1uA,试问题图 2-15 能够驱动 门的个数。
≥1
& 1
1
≥1
& (a)
题图 2 - 15
(b)
答案:1)当非们输出为高电平时: 由 CMOS 的或非门电路可以得到,当或非门的 3 个输入端并接到高电平时,三个并接的 NMOS 管导通,而三个串接的 PMOS 管都截止,所以其输入高电平总电流为 3×IiH, n =
A B
100Ω ≥1
A F1 B
& F2
10K
(a) 题图 2-10 2-11 CMOS 门电路如题图 2-11 所示,试写出各门的输出电平。
(b)
题图 2-11 答案:(a)VDD (b)0 (c)0 2-12 CMOS 与或非门不使用的输入端应如何连接? 答案:当在一起的两个输入端都不使用时,它们同时接地; 当在一起的两个输入端只有一个不使用时,它通过电阻接电源。 2-13 分析题图 2-13 所示各 CMOS 门电路,哪些能正常工作,哪些不能。写出能正常工作的输出信号 的逻辑表达式。
IOH=360μA, IOL=8mA, 求题图 2-3 中 R 的取值范围.
1
A
G1
R
&
1
F1
G2
A
G1 R
≥1
G2
F2
(a) 题图 2-3 答:图(a):
(b)
G2 输入端相当于接对地(VOL=0.1V)电阻 R, 其输入端电压 VI2=VOL+IIS×R, (1) G1 输出低电平 VOL 时, 为保证逻辑关系正确,需满足 VI2≤VILmax,故 R ≤ (VILmax - VOL )/IIS=(0.3-0.1)/1.0=0.2 kΩ (2) G1 输出高电平 VOH 时,流入 G2 输入端的电流为 IIH×3=60μA,为保证逻辑关系正确,需满足 VI2≥VIHmin,即 VOH-IIH×3×R ≥ VIHmin,故 R ≤ (VOH – VIHmin)/(IIH×3)=(3.5-2.4)/0.06 ≈18.3 kΩ ∴R ≤0.2 kΩ 图(b): (1) G1 输出高电平 VOH 时,流入或非门 G2 输入端的电流为 IIH×3=60μA,流过电阻 R 的最大电流 为 VOH/R,为保证逻辑关系正确,需满足 IOH ≥ IR+IIH×3=VOH/R+ IIH×3,故 R ≥ VOH/( IOH-IIH×3)=3.5/(0.36-0.02×3) ≈ 11.67kΩ (2) G1 输出低电平时,对 R 无要求。 ∴R≥11.67 kΩ 2-4 在 STTL 集成电路中,采取了哪些措施来提高电路的开关速度? 试为题 改进措施:在 74H 系列的基础上 ①采用抗饱和三极管提高速度,②采用有源泻放回路 2-5
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