2018-2019學(xué)年高中物理 第3章 從電表電路到集成電路 3.5 邏輯電路與集成電路學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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3.5　邏輯電路與集成電路 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解簡單的邏輯電路，通過實驗，了解“與”“或”和“非”邏輯電路的邏輯關(guān)系．(重點、難點) 2．了解邏輯電路在現(xiàn)實生活中的意義． 3．了解集成電路及其廣泛應(yīng)用. [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] [知識梳理] 一、邏輯電路 1．“與”門電路：如果一個事件和幾個條件相聯(lián)系，當(dāng)這幾個條件都滿足后，該事件才能發(fā)生，這種關(guān)系叫作“與”邏輯關(guān)系，具有這種邏輯關(guān)系的電路稱為與門電路，簡稱與門．如圖351所示． 圖351 2．“或”門電路：如果幾個條件中，只要有一個條件滿足，事件就會發(fā)生，這種關(guān)系叫“或”邏輯關(guān)系，具有這種邏輯關(guān)系的電路叫或門電路，簡稱或門．如圖352所示． 　　　　 圖352　　　　　　　　　圖353 3．“非”門電路：如果條件滿足時事件不能發(fā)生，而條件不滿足時，事件就能發(fā)生，即輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)呈相反的邏輯關(guān)系，這種關(guān)系叫“非”邏輯關(guān)系，具有這種邏輯關(guān)系的電路叫非門．如圖353所示． 二、邏輯電路的應(yīng)用和集成電路 1．邏輯電路的應(yīng)用 (1)電熱水器的水位傳感器和水溫傳感器連接的是“與”門電路． (2)車門報警器是“或”門電路． 2．集成電路 (1)組成：集成電路是將二極管、三極管、電阻和電容等元件，按照電路結(jié)構(gòu)的要求制作在一小塊半導(dǎo)體材料上，形成一個完整的、具有一定功能并經(jīng)過封裝而制成的電路． (2)優(yōu)點：集成電路與由分立元件組裝的普通電路相比，具有重量輕、體積小、性能好和省電等多項明顯優(yōu)勢． [基礎(chǔ)自測] 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“”．) (1)“與”門電路中，只要A、B兩個輸入端有一個是“1”時，輸出端就是“1”．() (2)“非”門電路的邏輯關(guān)系是輸出狀態(tài)與輸入狀態(tài)相反．(√) (3)輸入端為“1”時輸出端是“0”的電路就是“或”電路．() (4)電熱水器只有在水箱充滿水，而且水溫低于某一溫度時，加熱開關(guān)才接通，因此可采用“或”門電路．() (5)汽車的兩個車門其中一個被打開時，發(fā)光二極管就會報警，因此可以采用“或”門電路．(√) (6)集成電路的優(yōu)點是重量輕、體積小，性能好和省電等．(√) 【提示】　 (1)　“與”門電路中，A、B兩個都輸入“1”時，輸出端才是“1”． (3)　輸入端為“1”，輸出端是“0”的電路是“非”電路． (4)　電熱水器是“與”門電路． 2．走廊里有一盞電燈，在走廊兩端各有一個開關(guān)，如果要求不論哪個開關(guān)接通都能使電燈點亮，那么設(shè)計的電路為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：69682170】 A．“與”門電路　　　　 B．“非”門電路 C．“或”門電路 D．上述答案都有可能 C　[不論哪個開關(guān)接通都能使電燈點亮，那么設(shè)計的電路只能為“或”門電路，故正確答案為C.] 3．為了保障行駛安全，一種新型雙門電動公交車安裝了如下控制裝置：只要有一扇門沒有關(guān)緊，汽車就不能啟動．如果規(guī)定：車門關(guān)緊時為“1”，未關(guān)緊時為“0”；當(dāng)輸出信號為“1”時，汽車可以正常啟動行駛，當(dāng)輸出信號為“0”時，汽車不能啟動．能正確表示該控制裝置工作原理的邏輯門是(　　) A．“與”門 B．“或”門 C．“非”門 D．“與非”門 A　[由題意知只要有一扇門沒有關(guān)緊，汽車就不能啟動，也就是說只有兩扇門都關(guān)緊，汽車才能正常啟動，所以該控制裝置工作原理的邏輯門是“與”門，故A正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 三種門電路的對比 1．三種門電路的真值表 (3)“非”門的真值表 輸入 結(jié)果 A Z 0 1 1 0 2．三種門電路的對比 門電路種類 類比電路圖 邏輯關(guān)系 “與”門 兩個開關(guān)都閉合是燈亮的充分必要條件，邏輯關(guān)系可示意為＝C “或”門 兩個開關(guān)都閉合是燈亮的充分但不必要條件，邏輯關(guān)系可示意為 “非”門 邏輯關(guān)系表示為A?－C，C表示結(jié)果成立，－C表示結(jié)果不成立 　如圖354所示是一個火災(zāi)報警裝置的邏輯電路圖．Rt是一個熱敏電阻，低溫時電阻值很大，高溫時電阻值很小，R是一個阻值較小的分壓電阻． 圖354 (1)要做到低溫時電鈴不響，火災(zāi)時產(chǎn)生高溫，電鈴響起．在圖中虛線處應(yīng)接入怎樣的元件？ (2)為什么高溫時電鈴被接通？ (3)為了提高該電路的靈敏度，即報警溫度調(diào)得稍低些，R的值應(yīng)大一些還是小一些？ 思路點撥：①理解“與”“或”“非”門的特點； ②理解電鈴響起的原因； ③理解靈敏度的意義． 【解析】　(1)溫度較低時Rt的阻值很大，R比Rt小得多，因此P、X之間電壓較大，要求此時電鈴不響，表明輸出給電鈴的電壓應(yīng)該較小，輸入與輸出相反，可見虛線處應(yīng)接入的元件是“非”門． (2)當(dāng)高溫時Rt的阻值減小，P、X之間電壓降低，輸入低電壓時，從“非”門輸出的是高壓，電鈴響起． (3)由前面分析可知，若R較大，由于它的分壓作用，Rt兩端的電壓不太高，則外界溫度不太高時，就能使P、X之間電壓降到低電壓輸入，電鈴就能響，因此R較大些，反應(yīng)較靈敏． 【答案】　(1)“非”門　(2)見解析　(3)R應(yīng)大些 解答邏輯電路的方法和思路 (1)從邏輯關(guān)系入手，必須同時具備的為“與”邏輯，幾者取其一的為“或”邏輯，否定關(guān)系的為“非”邏輯． (2)研究邏輯關(guān)系的基本思路： ①明確什么是條件，什么是結(jié)果； ②看條件與結(jié)果的內(nèi)在聯(lián)系； ③寫出真值表或邏輯表達(dá)式． [針對訓(xùn)練] 1．邏輯電路的信號有兩種狀態(tài)：一是高電位狀態(tài)，用“1”表示；另一種是低電位狀態(tài)，用“0”表示，關(guān)于這里的“1”和“0”，下列說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：69682171】 A．“1”表示電壓為1 V，“0”表示電壓為0 V B．“1”表示電壓大于或等于1伏，“0”表示電壓一定為0 V C．“1”和“0”是邏輯關(guān)系的兩種可能值，不表示具體的數(shù)字 D．“1”表示該點與電源正極相連，“0”表示該點與電源負(fù)極相連 C　[門電路是用來控制信號的“通過”或“截斷”的一種開關(guān)電路，根據(jù)指定條件，門電路對輸入、輸出的因果關(guān)系作出判斷，門電路的輸入、輸出信號都以電位的高低來表示．若把高電位看作有信號，表示某個條件存在或信號能通過，以符號“1”表示，這種邏輯關(guān)系稱為正邏輯，反之則稱為負(fù)邏輯．在通常情況下，不加說明的都指正邏輯，所以“1”和“0”只是兩個符號，是兩種變量的可能的取值，故C選項正確，A、B、D錯誤．] 2．在車門報警電路中，兩個按鈕開關(guān)分別裝在汽車的兩扇門上，只要有開關(guān)處于斷開狀態(tài)，報警燈就發(fā)光．能實現(xiàn)此功能的電路是(　　) D　[根據(jù)邏輯電路可知，只要有開關(guān)處于斷開狀態(tài)，報警燈就發(fā)光屬于“或”門電路，所以只有D項正確．] 復(fù)合門電路 1．與非門：由一個與門和一個非門組成．它具有的邏輯關(guān)系用真值表表示為： 2．或非門：由一個或門和一個非門組成．參考與非門，它具有的邏輯關(guān)系用真值表表示為： 　如圖355是一個三輸入端復(fù)合門電路，當(dāng)C端輸入“0”時，A、B端輸入為何值時，輸出端Y輸出“1”(　　) 圖355 A．0　0　　　　　　　 B．0　1 C．1　0 D．1　1 思路點撥：①此邏輯電路的組合方式為“與”門和“或”門的組合． ②“或”門中只要有一個輸入端為“1”，輸出端就是“1”，“與”門中只有兩個輸入端都為“1”，輸出端才是“1”． D　[由Y輸出為“1”，C輸入為“0”，可知“或”門的另一輸入(即“與”門的輸出)必為“1”，又A、B輸入是經(jīng)“與”門后為“1”，所以A、B輸入均為“1”，D選項正確．] 復(fù)合門電路的分析方法 對于有多個門電路組成的復(fù)合門電路，判斷其輸出結(jié)果時，要按照一定的順序，先計算其中一個或多個門電路的輸出，然后把這些輸出作為其他門電路的輸入，最終得出復(fù)合門電路的邏輯結(jié)果． [針對訓(xùn)練] 3．如圖356，低電位報警器由兩個基本的門電路與蜂鳴器組成，該報警器只有當(dāng)輸入電壓過低時蜂鳴器才會發(fā)出警報．其中(　　) 圖356 A．甲是“與”門，乙是“非”門 B．甲是“或”門，乙是“非”門 C．甲是“與”門，乙是“或”門 D．甲是“或”門，乙是“與”門 B　[由題圖知乙為“非”門，如果蜂鳴器發(fā)出警報表明乙的輸入端為低電壓，即甲的輸出端為低電壓，而此時甲的輸入端為低電壓，故甲為“或”門或“與”門．若甲為“與”門，則甲的輸入端為高電壓時，蜂鳴器也發(fā)出警報，與題意不符，故甲為“或”門電路，故B正確．] 4．如圖357是一個三輸入端復(fù)合門電路，當(dāng)C端輸入“1”，且要求輸出端Z輸出的也為“1”，則A、B端輸入的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：69682172】 圖357 A．0　0 B．0　1 C．1　0 D．1　1 D　[先分析右側(cè)與門，已知C輸入“1”，欲輸出“1”，另一個輸入也應(yīng)該是“1”，也就是左邊與門的輸出是“1”，根據(jù)與門特點，A、B輸入應(yīng)該都是“1”．D對．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．下列說法中正確的是(　　) A．邏輯電路就是數(shù)字電路 B．邏輯電路可存在兩種以上的狀態(tài) C．集成電路由三種最基本的邏輯電路構(gòu)成 D．集成電路可靠性高、壽命長，但耗電量高 A　[邏輯電路只存在兩種狀態(tài)即“有”或“沒有”，沒有第三種狀態(tài)，集成電路是以半導(dǎo)體材料為基片，將組成電路的各種元器件和連線集成在同一基片上，成為具有一定功能的微電路系統(tǒng)，只有A正確．] 2．如圖358所示為三個門電路符號，A輸入端全為“1”，B輸入端全為“0”．下列判斷正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：69682173】 圖358 A．甲為“非”門，輸出為“1” B．乙為“與”門，輸出為“0” C．乙為“或”門，輸出為“1” D．丙為“與”門，輸出為“1” C　[甲為“非”門，輸出為“0”，乙為“或”門，輸出為“1”，丙為“與”門，輸出為“0”，故C正確．] 3．電動機(jī)的自動控制電路如圖359所示，其中RH為熱敏電阻，RL為光敏電阻，當(dāng)溫度升高時，RH的阻值遠(yuǎn)小于R1；當(dāng)光照射RL時，其阻值遠(yuǎn)小于R2，為使電動機(jī)在溫度升高或受到光照時能自動啟動，電路中的虛線框內(nèi)應(yīng)選________門邏輯電路；若要提高光照時電動機(jī)啟動的靈敏度，可以________(選填“增大”或“減小”)R2的阻值． 圖359 【解析】　為使電動機(jī)在溫度升高或受到光照時能自動啟動，即熱敏電阻或光敏電阻的電阻值減小時，輸入為1，輸出為1，所以是“或”門．因為若要提高光照時電動機(jī)啟動的靈敏度，需要在光照較小，即光敏電阻較大時輸入為1，輸出為1，所以要增大R2. 【答案】　或　增大