東北大學(xué)數(shù)字電路第二章例題

1、例例 2：如圖所示電路中，已知：如圖所示電路中，已知 R1=4.3k，R2=16k，Rc=1.5k，VCC=12V，VBB=8V，VC1=5V，輸入電壓，輸入電壓 VIH=5.5V，VIL=0.3V，請，請問問(1)當晶體管當晶體管 =30 時晶體管能時晶體管能否可靠地飽和截止？否可靠地飽和截止？(2) 為保證晶體管在輸入信號為為保證晶體管在輸入信號為高電平時能可靠飽和，晶體管高電平時能可靠飽和，晶體管的的 值最小是多少？值最小是多少？(3) 為保證晶體管在輸入信號為保證晶體管在輸入信號為低電平時能可靠截止，為低電平時能可靠截止，VBB的最小值是多少的最小值是多少(1)當輸入低電平時，當輸入低

2、電平時， 晶體管滿足截止條件，能可靠截止。晶體管滿足截止條件，能可靠截止。當輸入為高電平時，當輸入為高電平時，IBIBS，晶體管滿足飽和條件，能可靠飽和導(dǎo)通。，晶體管滿足飽和條件，能可靠飽和導(dǎo)通。（2）在輸入高電平時，要使三極管工作于）在輸入高電平時，要使三極管工作于飽和狀態(tài)，需滿足飽和狀態(tài)，需滿足IBIBS，即，即代入相應(yīng)數(shù)據(jù)后求得代入相應(yīng)數(shù)據(jù)后求得13.2。因此，為使三。因此，為使三極管在輸入信號為高電平時能可靠飽和，極管在輸入信號為高電平時能可靠飽和，三極管的三極管的值最小應(yīng)大于值最小應(yīng)大于 14。（3）在輸入低電平時，要使三極管工作）在輸入低電平時，要使三極管工作與截止狀態(tài)，需滿足與截

3、止狀態(tài)，需滿足VBE0，即，即代入相應(yīng)數(shù)據(jù)后求得代入相應(yīng)數(shù)據(jù)后求得VBB1.1V。因此，。因此，為使三極管在輸入信號為低電平時可靠截為使三極管在輸入信號為低電平時可靠截止，止， VBB應(yīng)不小于應(yīng)不小于 1.1V。例例 3:電路如圖所示，電路如圖所示，G1和和 G2均為均為TTL門電路，門電路，其輸出高電平其輸出高電平VOH=3V，低電平，低電平VOL=0.3V，最大，最大允許拉電流允許拉電流IHM=0. 4mA，最大允許灌電流，最大允許灌電流負載電流負載電流ILM=30mA，三極管，三極管=40，工作于工作于開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時VBE=0.7V，飽和時，飽和時VCES=0.3V，最

4、大允許集電極電流，最大允許集電極電流ICM=100mA，發(fā)光二極管，發(fā)光二極管D的正向?qū)▔航档恼驅(qū)▔航礦D=1.4V，發(fā)光時正向電流發(fā)光時正向電流ID=510mA。求求（1）當輸入）當輸入 A、B、C、D 為何值時，發(fā)光二極管為何值時，發(fā)光二極管 D 有可能發(fā)光？有可能發(fā)光？（2）D 發(fā)光，發(fā)光，Rc的取值范的取值范圍？圍？（3）若）若 Rc取取 0.2k，使三使三極管極管 T 飽和，飽和， 應(yīng)取多大應(yīng)取多大值？值？解解：1、只有三極管只有三極管 T 導(dǎo)通，導(dǎo)通，D 才能發(fā)光。只有才能發(fā)光。只有 G1門輸出高電平、門輸出高電平、G2門輸出低電平時三極管才門輸出低電平時三極管才能導(dǎo)通，因此

5、能導(dǎo)通，因此 A=B=0，C=D=1 時滿足要求。時滿足要求。2、要保證、要保證D發(fā)光，需要保證其正常工作電流。發(fā)光，需要保證其正常工作電流。當當T飽和時，飽和時，Rc兩端壓降為兩端壓降為 5-1.4-0.3-0.3=3V，要求流過的電流為要求流過的電流為510mA，因此，因此 Rc的范圍為的范圍為3V/10mA3V/5mA，即，即0.3k0.6k。3、若、若 Rc取取 0.2k，則此時三極管飽和集電極電則此時三極管飽和集電極電流為流為基極電流為基極電流為若要三極管飽和需要滿足若要三極管飽和需要滿足 IBIBS=ICS/，故故 至少應(yīng)為至少應(yīng)為 15/0.2=75。例例 4：試計算：試計算 7

6、4S00 與非門接成如圖所示電與非門接成如圖所示電路時的扇出系數(shù)。已知輸出電流路時的扇出系數(shù)。已知輸出電流IOH=-1mA，IOL=20mA，輸入電流，輸入電流 IIH=0.05mA，IIL=-2mA。若將圖中與非門換成或非門若將圖中與非門換成或非門 74S02，參數(shù)不變，參數(shù)不變，試計算或非門的試計算或非門的扇出系數(shù)。扇出系數(shù)。解：分別考慮輸出高低電平兩種情況。解：分別考慮輸出高低電平兩種情況。與非門的扇出系數(shù)分別為與非門的扇出系數(shù)分別為因此與非門扇出系數(shù)為因此與非門扇出系數(shù)為 10?；蚍情T的扇出系數(shù)分別為或非門的扇出系數(shù)分別為因此或非門扇出系數(shù)為因此或非門扇出系數(shù)為 5。例例5：（：（1）

7、某）某TTL邏輯電路的邏輯電路的VOLmax=0.3V，VOHmin=2.4V，VILmax=0.8V，VIHmin=2.0V。求其噪聲容限。求其噪聲容限 VNL和和 VNH。（2）已知）已知CMOS與非門與非門CD4011靜態(tài)參數(shù)靜態(tài)參數(shù)VOLmax=0.05V，VOHmin=4.95V，VILmax=1V，VIHmin=4V。求其噪聲容限。求其噪聲容限 VNL和和 VNH。解：根據(jù)門電路的噪聲容限概念，解：根據(jù)門電路的噪聲容限概念，（1）輸入低電平噪聲容限）輸入低電平噪聲容限 VNL=VILmax -VOLmax = 0.8V-0.3V=0.5V;輸入高電平噪聲容輸入高電平噪聲容限限 VN

8、H= VOHmin- VIHmin=2.4V -2.0V=0.4V。（2）輸入低電平噪聲容限）輸入低電平噪聲容限 VNL=VILmax -VOLmax =1V- 0.05V=0.95V；輸入高電平噪聲；輸入高電平噪聲容限容限 VNH=VOHmin- VIHmin=4.95V -4V=0.95V例例6：已知：已知TTL與非門和負載的連接如圖所示。與非門和負載的連接如圖所示。與非門的有關(guān)參數(shù)為；輸入短路電流與非門的有關(guān)參數(shù)為；輸入短路電流IIL=1mA，輸入漏電流為輸入漏電流為IIH=40A，輸出低電平為，輸出低電平為VOL=0.1V，輸出高電平為，輸出高電平為VOH=3.2V，最大輸入，最大輸入

9、低電平低電平VILmax=0.4V，最小輸入高電平，最小輸入高電平VIH=2.4V，高電平輸出電流為高電平輸出電流為IOH=500A，低電平輸出電，低電平輸出電流流 IOL=10A，問負載電阻最小值是多少？，問負載電阻最小值是多少？如果與非門輸出端又連接了如果與非門輸出端又連接了2個同樣的與非個同樣的與非門，為保證電路工作正常，負門，為保證電路工作正常，負載電阻是增大還是減?。枯d電阻是增大還是減??？解：與非門輸出高電平時，負載電阻的最解：與非門輸出高電平時，負載電阻的最小值：小值：與非門輸出低電平時，負載電阻的最小值與非門輸出低電平時，負載電阻的最小值為：為：負載電阻的最小值是負載電阻的最小值

10、是 490k。如果與非門輸出端又連接了如果與非門輸出端又連接了 2 個同樣的與非個同樣的與非門，為保證電路工作正常，輸出高電平時，門，為保證電路工作正常，輸出高電平時，負載電阻的最小值為負載電阻的最小值為輸出低電平時，負載電阻的最小值為輸出低電平時，負載電阻的最小值為與非門輸出端連接與非門輸出端連接 2 個同樣的與非門之后，個同樣的與非門之后，為保證電路工作正常，負載電阻的最小值必為保證電路工作正常，負載電阻的最小值必須減小為須減小為 4.85k。例例7：試判斷能否用：試判斷能否用74HC04 中的一個反中的一個反相器驅(qū)動相器驅(qū)動6個個74LS系列門電路。已知系列門電路。已知HC系列的參數(shù)為系

11、列的參數(shù)為IOLmax=4mA；IOHmax=4mA，VOLmax=0.33V，VOHmin=3.84V。74LS 系系列的參數(shù)：列的參數(shù)：IILmax=0.4mA；IIHmax=0.02mA，VILmax=0.8V，VIHmin=2V。解：根據(jù)驅(qū)動門是否能給負載門提供足夠的灌電解：根據(jù)驅(qū)動門是否能給負載門提供足夠的灌電流和拉電流，判斷邏輯電平是否兼容。流和拉電流，判斷邏輯電平是否兼容。（1）驅(qū)動門和負載門的邏輯電平必須滿足）驅(qū)動門和負載門的邏輯電平必須滿足VOHminVIHmin；VOLmaxV ILmax；驅(qū)動門；驅(qū)動門VOLmax=0.33V，VOHmin=3.84V；負載門；負載門VI

12、Lmax=0.8V，VIHmin=2V。因此。因此HC 系列門與系列門與74LS系列門電路邏輯電平匹配。系列門電路邏輯電平匹配。（2）驅(qū)動門輸出低電平時，）驅(qū)動門輸出低電平時，74HC04的的IOLmax=4mA，6 個個74LS的系列門電路總的輸入電的系列門電路總的輸入電流流ILtotal=60.4mA=2.4mA，故滿足，故滿足IOLmaxIILtotal；驅(qū)動門輸出高電平時驅(qū)動門輸出高電平時74HC04 門電路的門電路的IOHmax=4mA，負載門電路總的輸入電流，負載門電路總的輸入電流IIHmaxIIHtotal；一個；一個74HC04 反相器可以驅(qū)動反相器可以驅(qū)動6 個個74LS系列

13、門電路。系列門電路。例例8：已知：已知74LS系列門電路參數(shù)系列門電路參數(shù)VOLmax=0.5V，VOHmin=2.7V；74HCT 系列參數(shù)系列參數(shù)VILmax=0.8V，VIHmin=2V；74HC 系列系列VIHmin=3.5V，VILmax=1.5V。試判斷能否用試判斷能否用TTL 電路直接驅(qū)動電路直接驅(qū)動CMOS 電路？若不能應(yīng)采取什么措施？電路？若不能應(yīng)采取什么措施？解：主要考慮邏輯電平是否兼容、驅(qū)動門解：主要考慮邏輯電平是否兼容、驅(qū)動門和負載門必須滿足和負載門必須滿足VOHminVIHmin；VOLmaxVILmax。TTL 驅(qū)動驅(qū)動74HCT 時，滿足時，滿足邏輯電平關(guān)系，可以

14、直接相連；邏輯電平關(guān)系，可以直接相連；TTL 驅(qū)動驅(qū)動74HC時，不滿足時，不滿足VOHminVIHmin 的邏輯電平的邏輯電平關(guān)系，在關(guān)系，在TTL輸出端與輸出端與5V電源間接一個上電源間接一個上拉電阻拉電阻RP，以提高，以提高TTL 輸出高電平。輸出高電平。TTL電路輸出級電路輸出級T5管截止時的漏電流，管截止時的漏電流，IO和和IIH都很小，都很小，VOH=VDD-RP(IO+nIIH)，故只要，故只要RP不是很大，不是很大，VOHVDD，電路如圖所示。，電路如圖所示。例例9：用：用4個個74系列系列OC 與非門的輸出端與非門的輸出端并聯(lián)，驅(qū)動并聯(lián)，驅(qū)動4個個74系列與非門的系列與非門的

15、6個輸入個輸入端。已知端。已知OC門高電平輸出時的漏電流門高電平輸出時的漏電流IOH=250A，IOLmax=16mA；VOLmax=0.4V，VOHmin=2.4V。與非門的。與非門的參數(shù)參數(shù)IIH=40A，IIL=1mA。試計算上拉電阻試計算上拉電阻RP 的取值范圍。的取值范圍。解：由上拉電阻計算公式可求得解：由上拉電阻計算公式可求得因此因此0.38 k Rp 2.1 k，取其中間標，取其中間標稱值即可。稱值即可。例例10：如圖所示：如圖所示TTL電路驅(qū)動電路驅(qū)動CMOS電路電路的實例，試計算上拉電阻的實例，試計算上拉電阻RL的取值范圍。的取值范圍。TTL與非門在與非門在VOL0.3V時，

16、時，IOLmax=8mA；輸出端輸出端T5管截止時管截止時IOH=50A，CMOS或或非門的高電平輸入電流最大值和低電平輸非門的高電平輸入電流最大值和低電平輸入電流最大值均為入電流最大值均為1A，要求加到要求加到CMOS 或或非門輸入端的電壓非門輸入端的電壓滿足滿足VIH4V，VIL0.3V，VDD=5V。解：根據(jù)解：根據(jù)VIH4V 的要求及已知的的要求及已知的TTL 門門電路輸出高電平時的漏電流和電路輸出高電平時的漏電流和CMOS 電路電路的高電平輸入電流，即可求得的高電平輸入電流，即可求得RL的最大允的最大允許值：許值：根據(jù)根據(jù)VIL0.3V的要求及的要求及TTL 門電路低電平門電路低電平

17、時輸出電流最大值和時輸出電流最大值和CMOS電路的低電平電路的低電平輸出電流，即可求得輸出電流，即可求得RL的最小允許值的最小允許值例例11：判斷：判斷CMOS、TTL 輸入端通過電阻輸入端通過電阻接地時的邏輯電平。如圖所示邏輯門均為接地時的邏輯電平。如圖所示邏輯門均為5V電源供電，分別討論電路是電源供電，分別討論電路是CMOS 和和TTL 情況下的輸出是什么？情況下的輸出是什么？TTL門電路為門電路為74LS 系列，系列，VIL=0.8V；VIH=2V。 (a) (b)解：該題目考查解：該題目考查TTL 門電路輸入端負載特性，門電路輸入端負載特性，而而CMOS 門電路不具有輸入端負載特性。門

18、電路不具有輸入端負載特性。當當2 個門電路都是個門電路都是CMOS 門時，由于門時，由于MOS 管柵極是絕緣的，柵極電流近似為管柵極是絕緣的，柵極電流近似為0，所以，所以輸入端通過電阻接地，無論電阻取何值，只輸入端通過電阻接地，無論電阻取何值，只要不是無窮大，其輸入端為地電位，因此圖要不是無窮大，其輸入端為地電位，因此圖所示與非門輸出均為高電平，即所示與非門輸出均為高電平，即F1=F2=A B 0=1。當當2個門都是個門都是TTL門電路時，根據(jù)門電路時，根據(jù)TTL與非門與非門電路原理圖，得出電路原理圖，得出ROFF和和RON的計算公式：的計算公式：分別計算得分別計算得ROFF685 ；RON2

19、.6 k。(a)中中RRON，該輸入端為高電平，該輸入端為高電平F=A B。例例12：已知圖所示：已知圖所示TTL門電路中，門電路中，OC門輸門輸出管截止時，漏電流出管截止時，漏電流IOH100A，輸出管導(dǎo)輸出管導(dǎo)通時允許通過的最大負載電流為通時允許通過的最大負載電流為ILM15mA，輸出輸出F 的高低電平分別為的高低電平分別為VOH3V，VOL0.4V。G1G5 的輸入特性如圖的輸入特性如圖(b)所示。所示。（1）F 的邏輯功能是什么？（的邏輯功能是什么？（2）求）求R 的的取值范圍，并寫出表達式。取值范圍，并寫出表達式。解解（1）F的邏輯功能為的邏輯功能為（2）與非門無論有幾個輸入端并聯(lián)在一起，）與非門無論有幾個輸入端并聯(lián)在一起，總的低電平輸入電流都等于一個輸入端總的低電平輸入電流都等于一個