第三章 门电路 3.1本章习题类型与解题方法 这一章的习题大致可以分为四种类型:双极型三极管工作状态的计算、集成 广」电路逻辑功能的分析、输入特性和输出特性的应用、OD门和OC门外接上拉 电阳的计算。下而结合例题说明它们的解题方法。 双极型三极管工作状态的计算 在三极管开关电路巾,为了使三极管作在开关状态,必须保证输入为低电 平时三极管T作在截止状态,而输入为高电平时三极管工作在饱和导通状态。 (当然,非饱和逻电路除外)。因此,这一类习题要求计算输人为高低电平下 三极管的⊥作状态,以判断电路参数的选择是否合理 解题方法和步骤: (1)利用戴维宁定理将输入电路(即接在三极管的基极和发射极之间的外 接电路)简化为等效的v与RE串联电路,如图3-1中所示。 (2)计算v1为低电平时的v值。若V<VN,则认为三极管基本截止,参 数设计合理。若VE>Va,则二极管导通,表明电路参数的选择不合理。 Vn是三极管发射结的开启电压,硅管近似地取为0.7V,锗管近似地取为 0.3Ⅴ (3)计算1为高电平时的V值以及此时的i,并与临界饱和基极电流lBs 比较。若i>l2s,则三极管饱和导通,参数设计合理。若i<ls,则三极管不饱 和,说明参数设计不合理。 【例3-1】在图3-2(a)所示三极管开关电路中,已知Vc=10V,VBk -5V,Rc=1kg,R1=1k9,R2=3.3k,R3=18k。三极管的电流放大系数 β=30,饱和导通压降vMms=0.lV,饱和导通内阻Rc()=20Ω。输入高、低
3.1小章习题类型与解题方法71 B 图3-1输人电路化简后的三极管开关电路 电平分别为Vm=3.6V,VL=0.3V。试计算输人为高低电平下二极管的工作 状态,说明电路参数的设计是否合埋。 解:首先利用戴维宁定理将输入电跻化简。为清楚起见,把输入电路的完 整形式画于图3-2(b)中。根据戴维宁定埋,等效电压源V等于b-e两端开 路时的电压,等效内阻R等于将内部电压源短路后,从b-c两端看进去的电 阻,于是得到 U r +R R2 3.3+l8×3.3 =0.845v1-0.775V R2·R RE R +R 3.3×18 ko 3.3+18 2.8kΩ 当v1=V1t=0.3V时,v2=(0.845×0.3-0.775)V=-0.52V,故三极管 截止 当v1=Vm1=3.6V时,vg=(0.845×3.6-0.775)V=2.27V。此时的基极 电流为 v2.27-0.7 mA=0.56 mA R 2.8 而临界饱和基极电流为 CE f sal) 6(Rc+RcEm)30×1.02×10 A=0.33mA
72第:章门电路 可见,1>fms,故三极管饱和导通。 计算结果说明,为低电平时一极管截止,v1为高电平时二极管饱和导通 所以电路参数的设计是合理的。 c+10V i R,211kQ !ksSr R R1 R 3.3k9 Mb K3 →→① VEe-5V 图3-2例3-1的二极管开关电路和输人电路的等效电路 二、集成门电路逻辑功能的分析 这-类题日又介为两种情况,一种是给出∫门电路输入的电压波形或逻辑 状态求输出的电压波形或逻辑状态;另种是给出了集成门电路的内部电路结 构图,求它的逻辑功能。 解题方法和步骤: (1)对于前一种题日(即给出了门电路输入的电压波形或逻辑状态,求输 出的电压波形或逻辑状态),只需按照给定门电路的逻辑功能逐一找出母一种 输入状态下的输出就行了。需要注意的问题就是当输入端不是接高、低逻辑电 平,而是悬空、经过电阻接地或接电源电压时输人端逻辑状态的确定方法。 对CMOs门电路m官,通常是不允许输入端工作在悬空状态的。输入端经 过电阻接地时,与接逻辑低电平等效;经过电阻接电源电压时,与接逻辑高电平 等效。 而对TL电路而,输入端的悬空状态和接逻辑高巾平等效。输入端经过 电阻(通常取儿十千欧以内)接电源电压时,与接逻辑高电平等效。输入端经过 电阻接地时输入端的电平与电阻阻值的大小有关,当电阻阻值很小时(例如只 有几十欧姆),输入端相当于接逻辑低电平;当电阻阻值大到一定程度以后,输 入端电压将升高到逻辑高电平。例如在74系列门电路中,当这个电阻大于 2kQ以后,输入端也压将高于1.4V;在74LS系列门电路中,当这个电阻大于 9kΩ以后,输入端电压将高于1.4Ⅴ。这时输入端状态与接逻辑高电平等效。 (2)对于后一种题日(即给出了集成门电路的内部电路结构图,求它的逻
31本章习题类型与解题法73 辑功能),通常可以按如下步骤进行求解: ①首先将电路划分为若干个基本功能结构模块。 ②从输入到输出依次写出每个电路模块输出与输人的趔辑关系式,最后就 得到了整个电路逻辑功能的表达式 图3-3中给出了TTL集成门电路中的儿种基本的电路模块。 (A+B) -A+B (a)与结构 (b)或非结构 (c)倒相结构 安 (A D (A-07V 外 接 A (d}电平偏移结构 (e)推拉式输出结构(OC输出结构 图3-3TL集成门电路中的几种基本功能结构 这些基本功能电路模块有与结构、或非结构、倒相结构、电平偏移结构推拉 式输出结构和0C输出结构等儿种。电平偏移结构的功能在于实现电平的变 换。当输入A为高电平时,二极管D导通,输出也是高电平,但输出的高电平比 输入电平低一个二极管的压降。当输入A为低电平时,二极管工作在截止状 态,这时三极管T导通,为输出端提供一个低内阻的对地放电通路 图3-4是CMoS集成门电路的儿种基本电路结构模块。其中包含反相结 构、与非结构或非结构、传输门结构和OD输出结构。利用这几种电路模块能 很方便地组成各种逻辑功能的集成电路
74第章门电路 A (A B) a)反相结构 (b)与非结构 (c}或非结构 (d)传输门结构 ()OD输出结构 图3-4CMOS集成门电路中的几种基本功能结构 【例3-2】试分析图3-5电路的逻辑功能。 解:首先将电路划分为虚线彬內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,如图屮所示。 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 Y=(AB+(A+B))'=(AB+A'B)=AoB 因此,图3-5电路是异或门电路。 【例3-3】试分析图3-6电路的逻辑功能 解:这个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B和B'控制,当B=0时传输门导通,输出等于输入的A';当B 1时传输门截止。电路图中间的一个反相器受B状态的控制,当B=0时(B 1)T1和T2同时截止,反相器不L作;当B=1时(B′=0)T,和们2同时导通,反 相器工作,输出等于A。再经过输出端反相器反相以后得到 (当B=0) A(当B=1) 把上式的真值表列出(表3-1)即可看到,Y=AB