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

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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。
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