1. 根据TTL电平标准，试分析图1 所示电路满足TTL电平标准的输入电压范围以及在该范围内的输出电压
图1 DDL OR gate 表1 二极管开关状态与电路输入/输出关系
解题思路：
我们已知对于TTL电平标准，其对应的要求如下：
标准输出高电平（VOH)：2.4V
标准输出低电平(VOL)： 0.4V
通常输出高电平：3.5V(3.6V)，通常输出低电平：0.2V
最小输入高电平(VIH)：2.0V
最大输入低电平(VIL) ：0.8V
对于图1 所示电路， 输入电压 有2种选择，一种是5v, 一种是0v。我们已知TTL 电平标准规定，输入最低高电平为2.0V ，输入最高低电平为0.8V，由此可知输入5V 满足输入端对高电平的要求， 输入0V 时满足输入端对低电平的要求。 所以图1 所示电路满足TTL 标准的输入电压范围。
我们已知输入端高电平电压 范围为 U
IH
>= 2.0V , 输入端低电平电压U
IL
<= 0.8V. 现在我们来分析下当输入电平在此范围内对应的输出。
1. 假设A端 和B 端都输入低电平，即输入值范围U
IL
<= 0.8V，由于二极管的导通电压为0.5V， 导通后的压降为0.7V ，所以当输入值在0V~ 0.8V 时，输出端电平范围为0V~0.1V ，此范围 满足输出低电平标准。
2.假设A端输入低电平，U
A
<= 0.8V， B端输入高电平，U
B
>= 2.0V，同样由于二极管的导通电压为0.5V， 导通后的压降为0.7V，A端的输出电平范围在0V~0.1V. B 端的输出电平范围 U
BO
>= 1.3V。由于我们标准输出高电平为V
OH
>= 2.4V, 所以当输出电平在1.3V ~ 2.4V 之间时，TTL 电路无法 判断此时的逻辑值为高还是低，处于一个不定态。为了保证其 输出是一个可判断的 逻辑值，必须保证输入端高电平 减掉二极管的压降后 其值还能大于等于 2.4V, 也就是U
B
-0.7V >= 2.4V , 可求得U
B
>= 3.1V。因此 为了让我们的输出值 为确定的逻辑值 我们输入的最低高电平 至少为3.1V。
3.假设A端输入高电平，B端输入低电平，最后的结果和 第二种假设的情况一致。A端输入的高电平必须大于等于3.1V, B端输入低电平只要满足低电平输入范围的值就可以。
4.假设A端，B端都输入高电平，为了让我们的输出 结果为确定的逻辑值，我们必须保证A端或者B 端 至少有一个输入电平的值在3.1V 及以上。
总结：对于图1电平，对于A,B 都输入低电平，我们要求输入低电平的范围<=0.8V ,对于A,B 都输入高电平，我们要求，至少一端的输入电平范围大于等于3.1V 。对于A,B 一个输入高电平，一个输入低电平，我们要求输入的低电平只要满足输入低电平标准就行，输入高电平端的电平值必须大于等于3.1V.
2. 分析图10 的Y与A的逻辑关系，并判断是否满足非门要求。
解题思路：
图10 所示电路标准为5V TTL 电平标准，即：
VOH >= 2.4V
VOL<= 0.4V
VIH = 2.0V
VIL=0.8V
输入一：当输入端 U
A
= 5V >2.0V, 满足输入高电平标准，逻辑值判断为1，此时D1处于反向截止状态，D1可等效为断路，电流从VCC流向电感线圈，电感线圈工作同时产生吸力将开关闭合，输出端U
Y
= 0V <0.4V, 满足输出低电平标准，逻辑值判断为0；
输入二：当输入端 U
A
= 0V <0.8V, 满足输入低电平标准，逻辑值判断为0，此时D1处于正向导通状态，D1可等效为导线，电流从VCC流向二极管，电感线圈不工作，开关断开，输出端U
Y
= 5V >2.4V, 满足输出高电平标准，逻辑值判断为1；
总结：当输入端U
A
为高时，输出端U
Y
为低；当输入端U
A
为低时，输出端U
Y
为高；由此可知输入与输出满足非门的逻辑关系。
3. 试分析图11的输入、输出电压关系，假设T1为硅基体NPN的三极管。按照TTL标准分析输入、输出电压的范围。并判断U0是否满足TTL电平标准。
解题思路：
该电路电平标准为 5V TTL标准，即：
VOH >= 2.4V
VOL<= 0.4V
VIH = 2.0V
VIL=0.8V
已知硅二极管开启电压为0.5v~0.6v, 导通后的压降为0.6v~0.7v。假设基极与发射极 之间的电压为U
b
，基极电流为I
b
，发射极电流为 I
e，
集电极电流为 I
c
，集电极与发射极之间的电压为U
0
，可推导如下：
一：当输入端U
A
= 5 V > 2.0V ,满足输入高电平标准。此电压满足开启电压标准，PN 处在开启导通状态。由于U
i、
β、R
c
、R
b
、Vcc等都是不确定的值，此时无法判断三极管处于放大区还是饱和区。
1）假设三极管处于饱和区，此时I
c
不会随着I
b
的变化而变化，I
c
逐渐接近Vcc/Rc，输出端U
0
有一个最低的导通电压U0≅0.2V <0.4V，满足输出低电平标准，此时输入与输出满足非门关系。此时我们可以推导出β、R
c
、R
b
、Vcc、U
i
之间的关系：我们已知当三极管处于饱和区时，有一个饱和电流I
c
= （VCC-0.2）/R
c，
饱和区时I
c
不会随着I
b
的变化而变化，此时I
c
<=βI
b
, 由于I
b
≅（U
i
-0.7v)/R
b ，
则有（VCC-0.2）/R
c
<=β（U
i
-0.7v)/R
b
, 将VCC =U
i
=5V代入公式：βRc/Rb >= 48/43
2）假设三极管处在放大区：I
b
≅（U
i
-0.7v)/R
b
=4.3V/R
b
，I
c
=βI
b
=β(4.3V/R
b
) <（VCC-0.2）/R
c
，I
e
=(1+β)I
b
=(1+β) 4.3V/R
b
。U
b
≅0.7v, U
0
=Vcc-R
c
I
c
=Vcc-4.3βR
c
/R
b
。此时输入与输出的关系需要取决于R
b
，β，Rc的值。如果需要满足非门关系，必须使得0.2<=U
0
=Vcc-4.3βR
c
/R
b
<=0.4v, 且I
c
=βI
b
=β(4.3V/R
b
) <（VCC-0.2）/R
c
， 最后可求得：46/43 <= βRc/Rb < 48/43。
二：当输入端U
A
= 0 V < 0.8V ,满足输入低电平标准。此电压不满足开启电压标准，PN 处在截止状态，I
c
≅0。U
b
≅U
i
<0.7V ，U
0
≅V
cc
=5V > 2.4V, 满足输出高电平标准，由此可知此时输入与输出是非门的关系。
总结：当输入端为高低时，输出肯定为高，此时的输入与输出满足非门关系，当输入为高时，输入与输出的关系需要取决于βRc/Rb 的值。
4. 分析DTL或非门原理（图14）。假设三极管β=100, VCC=5V,Rc=3k, Rb=100K,计算该电路是否满足或非门电路，如何改进？
解题思路：
该电路电平标准为 5V TTL标准，即：
VOH >= 2.4V
VOL<= 0.4V
VIH = 2.0V
VIL=0.8V
假设题目所示为硅二极管，那么其开启电压为0.5~0.6V，导通后压降为0.6~0.7V。假设基极与发射极 之间的电压为U
b
，基极电流为I
b
，发射极电流为 I
e，
集电极电流为 I
c
，集电极与发射极之间的电压为U
0
，可推导如下：
输入组合1：当输入端U
A
= U
B
= 0V <0.8V 满足低电平输入标准，逻辑值为低，D1,D2 处于截止状态，此时U
b
=0V， 小于二极管开启电压，三极管的PN处于截止状态，此时U
0
≅V
cc
≅ 5V >2.4V,逻辑值判断为高. 此时的输入与输出满足或非门关系。
输入组合2：当输入端U
A
= 0V<0.8V, U
B
=5V >2.0V 各自满足输入低电平和高电平标准，逻辑值分别判断为低和高，D1截止，D2导通，此时U
b
≅0.7v ，三极管PN 处于导通状态。我们已知当三极管处于饱和区时，其对应的饱和电流：I
c(max)
=（Vcc -0.2）/Rc，当三极管处于放大区时，此时的电流I
c
=βI
b
=β(U
B
– 0.7-0.7)/R
b
<I
c(max)
, 将题目中的各项值代入 公式可求得：I
c(max)
=（Vcc -0.2）/Rc =1.6mA ; I
c
=βI
b
=β(U
B
– 0.7-0.7)/R
b
= 3.6mA ，我们已知三极管处于放大区时，集电极的电流不能超过其饱和区的电流，由于I
c
=βI
b
= 3.6mA >I
c(max)
=1.6mA, 所以此时电路不处于放大区，而处于饱和区。当三极管处于饱和区时，输出端U
0
有一个最低的导通电压U0≅0.2V <0.4V，满足输出低电平标准。 此时的输入与输出满足或非门关系。
输入组合3：当输入端U
A
= 5V,U
B
=0V 时，D1导通，D2截止，U
b
≅0.7v，三极管PN 处于导通状态。通过输入组合2 已经分析出，此时电路处于饱和区， 求得最后的输出 U0≅0.2V <0.4V，满足输出低电平标准。 此时的输入与输出满足或非门关系。
输入组合4：当输入端U
A
=U
B
= 5V时，D1,D2 都处于导通状态，U
b
≅0.7v ，三极管PN 处于导通状态。其余分析与输入组合2相同，输入与输出满足或非门关系。
总结：
此电路的输入与输出满足或非门关系。
Sytem Verilog 教学 (视频)
System Verilog 教材
系统验证基础–OVM与UVM
第六节 三极管的特性曲线及参数
第五节 三极管电流分配关系及电流放大系数
第四节 半导体三极管的原理
无线多径衰落系数的统计特性
无线信号多径衰落
无线信号建模–多径效应
第三节 半导体二极管
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