2019-2020年高二物理 第三章 第5节 逻辑电路与集成电路知识精讲 上科版选修3－1.doc

2019-2020年高二物理 第三章 第5节 逻辑电路与集成电路知识精讲 上科版选修31【本讲教育信息】一、教学内容：逻辑电路与集成电路二、考点点拨 本节课的相关内容为新课改新增内容，主要讲解逻辑电路和集成电路的基本知识。三、跨越障碍（一）逻辑电路1. 人们把一条条信息转换成一串串由“0”、“1”组成的二进制数据，通过电路的“断”、“通”来传达信息和储存信息。完成这种功能的电路就是数字电路，又称为逻辑电路。在门电路中，通常规定“断”为“0”，“通”为“1”。三种基本的门电路为“与”门电路、“或”门电路、“非”门电路。2. “与”门电路的逻辑关系为一个事件的几个条件都满足后，这个事件才能发生，用表示，表示“和”、“与”。对于“与”门电路，只要一个输入端输入为“0”，则输出端一定是“0”；反之，只有当所有输入都同时为“1”，输出才是“1”。3. “或”门电路的逻辑关系为一个事件的几个条件只要其中之一满足后，这个事件就能发生，用表示，表示A、B输入的数字之和必须大于或等于1。对于“或”门电路，只要有一个输入端输入为“1”，则输出端一定是“1”；反之，只有当所有输入都同时为“0”时，输出才是“0”。4. “非”门电路的逻辑关系为输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系。对于“非”门电路，当输入为“0”时，输出总是“1”；当输入为“1”时，输出反而是“0”。即输入跟输出恰好相反，“非”门电路也称为反相器。（二）集成电路1. 集成电路是将二极管、三极管、电阻和电容等元件，按照电路结构的要求制作在一小块半导体材料上，形成一个完整的、具有一定功能并经过封装而制成的电路。2. 集成电路跟分立元件组装的普通电路相比，具有重量轻、体积小、性能好和省电等多项明显优势。例1. 在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上（包括一名）副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号。试列出真值表。解析：根据实际比赛规则找出比赛结果与每位裁判出示情况的逻辑关系，进而列出真值表。本题主要考查逻辑关系的应用。设甲、乙、丙三名裁判的裁判意见为逻辑变量A、B、C，裁判结果为Z，并且对于A、B、C，设：判上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”。对于Z，设：上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”。根据题意及上述假设列出真值表如下表所示。例2. 如图所示是一个应用某种逻辑电路制作的简单车门报警电路图。图中的两个按钮开关分别装在汽车的两道门上。只要其中任何一个开关处于开路状态，发光二极管就会发光，请你根据报警装置的要求，在电路图的虚线框内画出门电路的符号。解析：开关闭合输入低电位“0”，开关断开输入高电位“1”。发光二极管发光表示输出高电位“1”。由题意可知任一车门被打开，发光二极管都会发光，即只要有一个输入端输入高电位“1”或输出高电位“1”，符合“或”逻辑关系，应为“或”门电路，如图所示。（三）电路的简化1.电路的简化原则：（1）无电流的支路化简可去除；（2）等电势的各点化简可合并；（3）理想导线可任意长短；（4）理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路；（5）电压稳定时电容器可认为断路。2. 常见的化简方法（1）电流分支法：先将各结点用字母标出；判断各支路元件的电流方向；按电流流向，自左向右将各元件、结点、分支逐一画出；将画出的等效图加工整理。（2）等势点排列法：将各结点用字母标出；判定各结点电势的高低（同一段导线相连的各点电势相同，每过一个用电器电势降低）；将各结点电势的高低自左向右排列，再将各结点之间的支路画出；将画出的等效图加工整理。例3. 如图所示电路，求：（1）电流表和的示数（不计电流表内阻）（2）和两端的电压之比解析：分析、的连接关系，电流表和测量的是何处电流，这是解答的关键。方法之一：电流分支法，设A端电势高，B端电势低，电流由高电势流向低电势，画出电路中各处的电流方向，如图。方法之二：等势点排列法，和为理想表，则连接电表的线路可视为导线，其上各点等势，即C、D两点电势相等，E、F两点电势相等，则、三个电阻有两个共同连接点C（D）点和E（F）点，所以、三个电阻是相互并联的，最后跟相串联，其等效电路如图所示。电流表测量的是通过电阻、的总电流。电流表测量的是通过电阻和的总电流。（1）、三个电阻并联的总电阻设为R并，则解得R并=1部分电路的总电流为并联部分的电压为通过、三个电阻的电流分别为，由等效电路图可知，电流表测量的是通过电阻、的总电流，则有=+=1.5；电流表测量的是通过电阻和的总电流。则有=+=1（2）因为；所以:=1: 2例4. 如图所示，电阻=10，=3，=6，=4，电压=24，问：（1）若在ab间接入一个内阻很大的电压表，它的读数是多少?（2）如果在ab间接入一个内阻很小的电流表，它的读数是多少?解析：在ab间接入一个内阻很大的电压表。相当于ab间断路；在ab间接入一个内阻很小的电流表，相当于ab间短路。（1）ab间接入电压表由于ab间相当于断路，其等效电路如图所示。和串联又与并联，其等效电阻为与串联，由串联电路分压原理知：=：=9V =15V又和串联，根据分压原理知=9V=+=18 V（2）ab间接入电流表这时ab间相当于短路，电流表测量的是流经电阻和的总电流。其等效电路如图所示。另一支路的等效电阻电流表的读数为四、小结数字电路的相关内容需要理解基本知识，它的要求不高，电路的分析是电学的关键内容要重点掌握。五、预习导学（选修31第四章第一节探究闭合电路欧姆定律）1、闭合电路包括 和 两部分。2、电源的电动势指 。3、闭合电路欧姆定律的内容 ，公式 。4、路端电压和负载的关系 。【模拟试题】（答题时间：30分钟）1. 在基本逻辑电路中，哪一种逻辑门当所有输入均为0时，输出不是1 （ ） A. “与”门电路 B. “或”门电路 C. “非”门电路 D. 以上都不可能2. 逻辑电路的信号有两种状态：一种是高电位状态，用“1”表示；另一种是低电位状态，用“0”表示，关于这里的“1”和“0”下列说法中正确的是 （ ） A. “1”表示的电压为1V，“0”表示的电压为0V B. “1”表示的电压大于或等于1V，“0”，表示的电压一定为0 V C. “1”和“0”是逻辑关系的两种可能取值，不表示具体的数字 D. “1”表示该点与电源正极相连，“0”表示该点与电源负极相连3. “与”门电路的逻辑关系可以表示为Z=AB，则下列结果正确的是 （ ） A. 00=0 B. 01=0 C. 10=0 D. 11=14. “或”门电路的逻辑关系可以表示为Z=A+B，则下列结果正确的是 （ ） A. 0+0=0 B. 0+1=1 C. 1+0=1 D. 1+1=05. 如下列图中门电路的符号，以下说法中正确的是A. 甲为“非”门、乙为“与”门、丙为“或”门B. 甲为“与”门、乙为“或”门、丙为“非”门C. 甲为“非”门、乙为“或”门、丙为“与”门D. 甲为“或”门、乙为“与”门、丙为“非”门*6. 如图所示是逻辑电路图及其真值表，此逻辑电路为 门电路，在真值表中X处的逻辑值为 *7. 如图所示电路中，各电阻值已标出。当输入电压=110V时，输出电压多大？*8. 对如图所示的电路进行等效变换（S未接通）【试题答案】1. AB 2. C 3. ABCD 4. ABC5. C 6. “或” 17. 解析：等效电路如图即为两端的电压，并联部分总电阻为；并联部分电压为,R两端的电压即=8. 解析：假设电流从A流入，R1是干路，第1支路从C经R3到B，第2支路从C经R 2到B，第3支路从C经R4和R5到B，这3条支路并联后再与R1串联，变换成如图所示的电路。