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普考申論題 105年 [電力工程] 電子學概要

第 二 題

📖 題組:
四、請依圖三所示數位電路,回答下列問題: (一)寫出 Y 與輸入 A、B、C、D 的布林代數關係式。(5 分) (二)列出 Y 與輸入 A、B、C、D 間的真值表。(10 分) (三)繪出同樣功能的邏輯閘電路圖。(10 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

列出 Y 與輸入 A、B、C、D 間的真值表。(10 分)

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看到由電晶體組成的數位邏輯電路,應先辨識下拉網路(Pull-Down Network)的串並聯關係以判斷邏輯閘類型(並聯為 NOR,串聯為 NAND)。接著寫出各級邏輯閘的布林代數式並進行化簡,最後根據化簡後的表示式,列出所有輸入變數組合的真值表。

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【解題關鍵】先寫出各級電路的布林代數表示式並進行化簡,再依據最簡表示式列舉 $2^4=16$ 種輸入組合的輸出結果。 【解答】 計算與推導:

小題 (一)

寫出 Y 與輸入 A、B、C、D 的布林代數關係式。(5 分)

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考生看到此題應先辨識出這是一個「空乏型負載 NMOS 邏輯電路」。解題策略是將電路拆解為左、右、中三個獨立的邏輯級,利用下拉網路「並聯產生 NOR、串聯產生 NAND」的特性寫出各節點的布林代數,最後代入中央輸出級並利用笛摩根定理化簡求得最終輸出 Y。

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【解題思路】辨識此為空乏型負載 NMOS 邏輯電路,依據下拉網路(Pull-down network)中電晶體並聯為 OR、串聯為 AND,並於輸出端取反相(NOT)的特性,分段寫出各級邏輯表達式後化簡。 【詳解】 已知:

小題 (三)

繪出同樣功能的邏輯閘電路圖。(10 分)

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  1. 審視前兩小題的推導,確認此 NMOS 邏輯電路的化簡布林代數關係式為 Y = (A+B)CD。
  2. 依據化簡後的方程式,將對應的邏輯運算轉換為標準邏輯閘:加法 (A+B) 以 OR 閘實現,連乘項以 AND 閘實現。
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【解題思路】利用布林代數關係式 $Y = (A+B)CD$,將邏輯代數運算直接映射為基礎標準邏輯閘(OR 閘與 AND 閘),藉此繪製出最簡化的等效電路。 【詳解】 已知該 NMOS 電路各級的邏輯關係如下:

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