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(shí) 脈 絡(luò) 1.了解簡(jiǎn)單的邏輯電路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解“與”“或”和“非”邏輯電路的邏輯關(guān)系．(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 2．了解邏輯電路在現(xiàn)實(shí)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(shí)梳理] 一、邏輯電路 1．“與”門(mén)電路：如果一個(gè)事件和幾個(gè)條件相聯(lián)系，當(dāng)這幾個(gè)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(mén)電路，簡(jiǎn)稱與門(mén)．如圖351所示． 圖351 2．“或”門(mén)電路：如果幾個(gè)條件中，只要有一個(gè)條件滿足，事件就會(huì)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(mén)電路，簡(jiǎn)稱或門(mén)．如圖352所示． 　　　　 圖352　　　　　　　　　圖353 3．“非”門(mén)電路：如果條件滿足時(shí)事件不能發(fā)生，而條件不滿足時(shí)，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(mén)．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(mén)電路． (2)車(chē)門(mén)報(bào)警器是“或”門(mén)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(gè)完整的、具有一定功能并經(jīng)過(guò)封裝而制成的電路． (2)優(yōu)點(diǎn)：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(xiàng)明顯優(yōu)勢(shì)． [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”．) (1)“與”門(mén)電路中，只要A、B兩個(gè)輸入端有一個(gè)是“1”時(shí)，輸出端就是“1”．() (2)“非”門(mén)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(shí)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(shí)，加熱開(kāi)關(guān)才接通，因此可采用“或”門(mén)電路．() (5)汽車(chē)的兩個(gè)車(chē)門(mén)其中一個(gè)被打開(kāi)時(shí)，發(fā)光二極管就會(huì)報(bào)警，因此可以采用“或”門(mén)電路．(√) (6)集成電路的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、體積小，性能好和省電等．(√) 【提示】　 (1)　“與”門(mén)電路中，A、B兩個(gè)都輸入“1”時(shí)，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(mén)電路． 2．走廊里有一盞電燈，在走廊兩端各有一個(gè)開(kāi)關(guān)，如果要求不論哪個(gè)開(kāi)關(guān)接通都能使電燈點(diǎn)亮，那么設(shè)計(jì)的電路為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682170】 A．“與”門(mén)電路　　　　 B．“非”門(mén)電路 C．“或”門(mén)電路 D．上述答案都有可能 C　[不論哪個(gè)開(kāi)關(guān)接通都能使電燈點(diǎn)亮，那么設(shè)計(jì)的電路只能為“或”門(mén)電路，故正確答案為C.] 3．為了保障行駛安全，一種新型雙門(mén)電動(dòng)公交車(chē)安裝了如下控制裝置：只要有一扇門(mén)沒(méi)有關(guān)緊，汽車(chē)就不能啟動(dòng)．如果規(guī)定：車(chē)門(mén)關(guān)緊時(shí)為“1”，未關(guān)緊時(shí)為“0”；當(dāng)輸出信號(hào)為“1”時(shí)，汽車(chē)可以正常啟動(dòng)行駛，當(dāng)輸出信號(hào)為“0”時(shí)，汽車(chē)不能啟動(dòng)．能正確表示該控制裝置工作原理的邏輯門(mén)是(　　) A．“與”門(mén) B．“或”門(mén) C．“非”門(mén) D．“與非”門(mén) A　[由題意知只要有一扇門(mén)沒(méi)有關(guān)緊，汽車(chē)就不能啟動(dòng)，也就是說(shuō)只有兩扇門(mén)都關(guān)緊，汽車(chē)才能正常啟動(dòng)，所以該控制裝置工作原理的邏輯門(mén)是“與”門(mén)，故A正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 三種門(mén)電路的對(duì)比 1．三種門(mén)電路的真值表 (3)“非”門(mén)的真值表 輸入 結(jié)果 A Z 0 1 1 0 2．三種門(mén)電路的對(duì)比 門(mén)電路種類 類比電路圖 邏輯關(guān)系 “與”門(mén) 兩個(gè)開(kāi)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(mén) 兩個(gè)開(kāi)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(mén) 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(gè)火災(zāi)報(bào)警裝置的邏輯電路圖．Rt是一個(gè)熱敏電阻，低溫時(shí)電阻值很大，高溫時(shí)電阻值很小，R是一個(gè)阻值較小的分壓電阻． 圖354 (1)要做到低溫時(shí)電鈴不響，火災(zāi)時(shí)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(shí)電鈴被接通？ (3)為了提高該電路的靈敏度，即報(bào)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(diǎn)撥：①理解“與”“或”“非”門(mén)的特點(diǎn)； 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(shí)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(shí)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(jiàn)虛線處應(yīng)接入的元件是“非”門(mén)． (2)當(dāng)高溫時(shí)Rt的阻值減小，P、X之間電壓降低，輸入低電壓時(shí)，從“非”門(mén)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(shí)，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(mén)　(2)見(jiàn)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(shí)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(xiě)出真值表或邏輯表達(dá)式． [針對(duì)訓(xùn)練] 1．邏輯電路的信號(hào)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(shuō)法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：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(diǎn)與電源正極相連，“0”表示該點(diǎn)與電源負(fù)極相連 C　[門(mén)電路是用來(lái)控制信號(hào)的“通過(guò)”或“截?cái)唷钡囊环N開(kāi)關(guān)電路，根據(jù)指定條件，門(mén)電路對(duì)輸入、輸出的因果關(guān)系作出判斷，門(mén)電路的輸入、輸出信號(hào)都以電位的高低來(lái)表示．若把高電位看作有信號(hào)，表示某個(gè)條件存在或信號(hào)能通過(guò)，以符號(hào)“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(shuō)明的都指正邏輯，所以“1”和“0”只是兩個(gè)符號(hào)，是兩種變量的可能的取值，故C選項(xiàng)正確，A、B、D錯(cuò)誤．] 2．在車(chē)門(mén)報(bào)警電路中，兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)分別裝在汽車(chē)的兩扇門(mén)上，只要有開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，報(bào)警燈就發(fā)光．能實(shí)現(xiàn)此功能的電路是(　　) D　[根據(jù)邏輯電路可知，只要有開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，報(bào)警燈就發(fā)光屬于“或”門(mén)電路，所以只有D項(xiàng)正確．] 復(fù)合門(mén)電路 1．與非門(mén)：由一個(gè)與門(mén)和一個(gè)非門(mén)組成．它具有的邏輯關(guān)系用真值表表示為： 2．或非門(mén)：由一個(gè)或門(mén)和一個(gè)非門(mén)組成．參考與非門(mén)，它具有的邏輯關(guān)系用真值表表示為： 　如圖355是一個(gè)三輸入端復(fù)合門(mén)電路，當(dāng)C端輸入“0”時(shí)，A、B端輸入為何值時(shí)，輸出端Y輸出“1”(　　) 圖355 A．0　0　　　　　　　 B．0　1 C．1　0 D．1　1 思路點(diǎn)撥：①此邏輯電路的組合方式為“與”門(mén)和“或”門(mén)的組合． ②“或”門(mén)中只要有一個(gè)輸入端為“1”，輸出端就是“1”，“與”門(mén)中只有兩個(gè)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(mén)的另一輸入(即“與”門(mén)的輸出)必為“1”，又A、B輸入是經(jīng)“與”門(mén)后為“1”，所以A、B輸入均為“1”，D選項(xiàng)正確．] 復(fù)合門(mén)電路的分析方法 對(duì)于有多個(gè)門(mén)電路組成的復(fù)合門(mén)電路，判斷其輸出結(jié)果時(shí)，要按照一定的順序，先計(jì)算其中一個(gè)或多個(gè)門(mén)電路的輸出，然后把這些輸出作為其他門(mén)電路的輸入，最終得出復(fù)合門(mén)電路的邏輯結(jié)果． [針對(duì)訓(xùn)練] 3．如圖356，低電位報(bào)警器由兩個(gè)基本的門(mén)電路與蜂鳴器組成，該報(bào)警器只有當(dāng)輸入電壓過(guò)低時(shí)蜂鳴器才會(huì)發(fā)出警報(bào)．其中(　　) 圖356 A．甲是“與”門(mén)，乙是“非”門(mén) B．甲是“或”門(mén)，乙是“非”門(mén) C．甲是“與”門(mén)，乙是“或”門(mén) D．甲是“或”門(mén)，乙是“與”門(mén) B　[由題圖知乙為“非”門(mén)，如果蜂鳴器發(fā)出警報(bào)表明乙的輸入端為低電壓，即甲的輸出端為低電壓，而此時(shí)甲的輸入端為低電壓，故甲為“或”門(mén)或“與”門(mén)．若甲為“與”門(mén)，則甲的輸入端為高電壓時(shí)，蜂鳴器也發(fā)出警報(bào)，與題意不符，故甲為“或”門(mén)電路，故B正確．] 4．如圖357是一個(gè)三輸入端復(fù)合門(mén)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(hào)：69682172】 圖357 A．0　0 B．0　1 C．1　0 D．1　1 D　[先分析右側(cè)與門(mén)，已知C輸入“1”，欲輸出“1”，另一個(gè)輸入也應(yīng)該是“1”，也就是左邊與門(mén)的輸出是“1”，根據(jù)與門(mén)特點(diǎn)，A、B輸入應(yīng)該都是“1”．D對(duì)．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．下列說(shuō)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(zhǎng)，但耗電量高 A　[邏輯電路只存在兩種狀態(tài)即“有”或“沒(méi)有”，沒(méi)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(gè)門(mén)電路符號(hào)，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(hào)：69682173】 圖358 A．甲為“非”門(mén)，輸出為“1” B．乙為“與”門(mén)，輸出為“0” C．乙為“或”門(mén)，輸出為“1” D．丙為“與”門(mén)，輸出為“1” C　[甲為“非”門(mén)，輸出為“0”，乙為“或”門(mén)，輸出為“1”，丙為“與”門(mén)，輸出為“0”，故C正確．] 3．電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)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(shí)，RH的阻值遠(yuǎn)小于R1；當(dāng)光照射RL時(shí)，其阻值遠(yuǎn)小于R2，為使電動(dòng)機(jī)在溫度升高或受到光照時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)，電路中的虛線框內(nèi)應(yīng)選________門(mén)邏輯電路；若要提高光照時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(dòng)機(jī)在溫度升高或受到光照時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)，即熱敏電阻或光敏電阻的電阻值減小時(shí)，輸入為1，輸出為1，所以是“或”門(mén)．因?yàn)槿粢岣吖庹諘r(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的靈敏度，需要在光照較小，即光敏電阻較大時(shí)輸入為1，輸出為1，所以要增大R2. 【答案】　或　增大