2014-2015学年高中物理 第3章 从电表电路到集成电路 逻辑电路与集成电路学案 沪科版选修3-1.doc

学案5　逻辑电路与集成电路 ‎[学习目标定位] 1.初步了解简单的逻辑电路及表示符号.2.通过实验理解“与”、“或”和“非”门电路在逻辑电路中的结果与条件的逻辑关系，会用真值表表示一些简单的逻辑关系.3.初步了解集成电路的作用及发展情况．‎ 一、“与”门电路 ‎1．如果一个事件的几个条件都满足后，这个事件才能发生，我们把这种关系称为“与”逻辑关系．‎ ‎2．具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路，简称“与”门．我们把“与”门电路表示为，符号“&”表示“和”、“与”，就是英文“and”的意思．‎ 二、“或”门电路 ‎1．如果几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生，这种关系叫做“或”逻辑关系．‎ ‎2．具有“或”逻辑关系的电路叫做“或”门电路，简称“或”门．我们把“或”门电路表示为，符号“≥‎1”‎表示A、B输入数字之和必须大于或等于1.‎ 三、“非”门电路 ‎1．输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，叫“非”逻辑关系．‎ ‎2．具有“非”逻辑关系的电路叫做“非”门电路．“非”门电路也称为反相器．我们把“非”门电路表示为.‎ 四、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．集成电路跟由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.‎ 9‎ 一、“与”门电路 ‎[问题设计]‎ 如图1所示，两个开关A、B串联起来控制同一灯泡Z，显然，只有A“与”B同时闭合时，灯泡Z才会亮．在这个事件中，“A、B同时闭合”是条件，“灯泡Z亮”是结果．那么：‎ 图1‎ ‎(1)事件的两个条件需满足几个，事件才能发生？‎ ‎(2)在下表中填写对应条件下事件的结果(灯泡Z是亮还是熄).‎ 条件 结果 开关A 开关B 灯泡Z 断 断 断 通 通 断 通 通 ‎(3)如果把开关的“通”记为1，“断”记为0，把灯“亮”记为“‎1”‎，“熄”记为0，把上面表格用1、0表示．‎ 答案　(1)两个条件都满足 ‎(2)熄　熄　熄　亮 ‎(3)‎ 输入 输出 A B Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎[要点提炼]‎ ‎“与”门电路状态表 输入 输出 A B Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ 二、“或”门电路 ‎[问题设计]‎ 如图2所示，两个开关A、B并联，控制同一灯泡Z，在这个电路中，A“或”B闭合时，灯泡Z亮．‎ 9‎ 图2‎ ‎(1)条件A、条件B满足几个时，事件就能发生？‎ ‎(2)在下表中填写对应条件下事件的结果(灯泡Z是亮还是熄).‎ 条件 结果 开关A 开关B 灯泡Z 断 断 断 通 通 断 通 通 ‎(3)如果把开关的“通”记为1、“断”记为0，把灯“亮”记为“‎1”‎、“熄”记为0，把上面表格用1、0表示．‎ 答案　(1)满足两个条件中的一个　(2)熄　亮　亮　亮 ‎(3)‎ 输入 输出 A B Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎[要点提炼]‎ ‎“或”门电路状态表 输入 输出 A B Z ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ 三、“非”门电路 ‎[问题设计]‎ 如图3所示，当开关A接通时，灯泡Z被短路而不亮；当开关A断开时，灯泡Z是通路而被点亮．‎ 图3‎ ‎(1)条件A和事件Z之间的关系如何？‎ 9‎ ‎(2)在下表中填写对应条件下事件的结果(灯泡Z是亮还是熄).‎ 条件 结果 开关A 灯泡Z 断 通 ‎(3)如果把开关的“通”记为1、“断”记为0，把灯“亮”记为“‎1”‎、“熄”记为0，把上面表格用1、0表示．‎ 答案　(1)条件A满足，事件Z不发生，二者总是相反关系．　(2)亮　熄 ‎(3)‎ 输入 输出 A Z ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ ‎[要点提炼]‎ ‎“非”门电路状态表 输入 输出 A Z ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎0‎ 四、复合门电路 ‎1．“与非”门 一个“与”门电路和一个“非”门电路组合在一起，组成一个复合门电路，称为“与非”门，如图4所示．‎ 图4‎ ‎2．“或非”门 一个“或”门电路和一个“非”门电路组合在一起，组成一个“或非”门，如图5所示．‎ 图5‎ 一、三种门电路 例1　在车门报警电路中，两个按钮开关分别装在汽车的两扇门上，只要有开关处于断开状态，报警灯就发光．能实现此功能的电路是 (　　)‎ 9‎ 解析　能实现此功能的电路是“或”门电路，选项D正确．‎ 答案　D 二、复合门电路 例2　如图6所示，低电位报警器由两个基本的门电路与蜂鸣器组成，该报警器只有当输入电压过低时蜂鸣器才会发出警报．其中(　　)‎ 图6‎ A．甲是“与”门，乙是“非”门 B．甲是“或”门，乙是“非”门 C．甲是“与”门，乙是“或”门 D．甲是“或”门，乙是“与”门 解析　由题图知乙为“非”门，如果蜂鸣器发出警报表明乙的输入端为低电压，即甲的输出端为低电压，而此时甲的输入端为低电压，故甲为“或”门或“与”门．若甲为“与”门，则甲的输入端为高电压时，蜂鸣器也发出警报，与题意不符，故甲为“或”门电路，故B正确．‎ 答案　B ‎1．(门电路的判断)下面为一逻辑门电路的真值表，试判断这是一个什么类型的逻辑门电路(　　)‎ 输入 M ‎0‎ ‎1‎ 输出 N ‎1‎ ‎0‎ A．“与”门 B．“非”门 C．“或”门 D．“与非”门 答案　B 解析　由该逻辑门电路的真值表可以看出输出端与输入端是相反的关系，故选B.‎ ‎2．(门电路的理解)在逻辑门电路中，若输入信号中至少有一个为“‎1”‎，则输出为“‎1”‎的逻辑门电路是(　　)‎ A．与门电路 B．或门电路 C．非门电路 D．都不可能 答案　B 解析　要求输入信号中至少有一个为“1”，输出就为“1”，则要求为“1＋1＝‎1”‎或是“1＋0＝‎1”‎，所以满足要求的是或门电路．‎ ‎3．(门电路的理解)隧道里有一个警报器，在隧道的两端各有一个开关，在出现危险时要求不论接通哪一个开关都能使警报器报警，那么应设计的电路为(　　)‎ 9‎ A．“与”门电路 B．“或”门电路 C．“非”门电路 D．上述答案都有可能 答案　B 解析　要求不论接通哪一个开关都能使警报器报警，这体现了“或”逻辑关系，故只有B项正确．A、C、D三项都不对．‎ 题组一　门电路的理解与应用 ‎1．在如图1所示的逻辑电路中，当A端输入电信号“‎1”‎、B端输入电信号“‎0”‎时，则在C和D端输出的电信号分别为(　　)‎ 图1‎ A．1和0 B．0和1‎ C．1和1 D．0和0‎ 答案　C 解析　B端输入电信号“0”时，经过“非”门在D端输出电信号“1”，同时，该电信号与A端输入的电信号“1”一起输入“与”门，则在C端输出电信号“1”．‎ ‎2．联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“‎0”‎，投赞成票或弃权时输入“‎1”‎，提案通过为“‎1”‎，不通过为“‎0”‎，则这个表决器应具有哪种逻辑关系(　　)‎ A．“与”门 B．“或”门 C．“非”门 D．“与非”门 答案　A 解析　联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，说明只有所有的常任理事国通过了，提案才能通过，体现的是一种“与”门的逻辑关系．‎ ‎3.如图2为监控汽车安全带使用情况的报警电路，S为汽车启动开关，汽车启动时S闭合．驾驶员未系安全带时开关S′闭合，系好安全带时S′断开．要求当驾驶员启动汽车但未系安全带时蜂鸣器才报警．则在图中虚线框内应接入的元件是(　　)‎ 图2‎ A．“非”门 B．“或”门 C．“与”门 D．“与非”门 答案　C 解析　只有当驾驶员启动汽车且未系安全带时蜂鸣器才报警，体现了一种“与”的逻辑关系，故选C.‎ 题组二　复合门电路 ‎4.如图3所示由门电路组成的电路，输出端为“‎1”‎，指示灯亮，输出端为“‎‎0”‎ 9‎ ‎，指示灯不亮，现要使灯亮，则A、B两输入端分别是(　　)‎ 图3‎ A．“‎1”‎、“‎1”‎ B．“‎0”‎、“‎‎0”‎ C．“‎1”‎、“‎0”‎ D．“‎0”‎、“‎‎1”‎ 答案　B 解析　要使灯亮，“非”门的输出应该为“1”，故“非”门的输入为“0”，则“或”门的两个输入端都应该为零．‎ ‎5．如图4所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入1，输出端Z输出0时，A、B端的输入分别是(　　)‎ 图4‎ A．0、0 B．0、‎1 C．1、0 D．1、1‎ 答案　A 解析　当C端输入1，输出端Z输出0时，可知“与”门的另一输入端(即“或”门的输出端)必为0，故“或”门的输入端，即A、B端的输入分别为0、0，故选A.‎ ‎6.如图5所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入“‎0”‎时，A、B端输入何值时，输出端Z输出“‎1”‎(　　)‎ 图5‎ A．0、0 B．0、1‎ C．1、0 D．1、1‎ 答案　D 解析　由输出端Z输出为“1”，C端输入为“0”，可知“或”门的另一输入端(即“与”门的输出端)必为“1”，故“与”门输入端A、B必为1、1，D正确．‎ 题组三　综合题组 ‎7．如图6所示为某一门电路符号及输入端A、B的电势随时间变化关系的图像，则下列选项中能正确反映该门电路输出端电势随时间变化关系的图像是(　　)‎ 图6‎ 9‎ 答案　A 解析　题图为与门电路，所以A、B输入端都是高电势时，输出才为高电势，故A正确．‎ ‎8.由门电路构成的一简单控制电路如图7所示，其中R′为光敏电阻，光照时电阻很小，R为变阻器，L为小灯泡．其工作情况是：当光敏电阻受到光照时小灯泡L不亮；不受光照时，小灯泡L亮．该逻辑电路是______________门电路，该控制电路可以用在______________________控制系统中(举一个例子)．‎ 图7‎ 答案　“非”　城市路灯 解析　光照时光敏电阻阻值减小，门电路的输入端电势升高，灯不亮，说明门电路输出端电势降低，输出状态与输入状态相反，故为“非”门电路．‎ ‎9．电动机的自动控制电路如图8所示，其中RH为热敏电阻，RL为光敏电阻，当温度升高时，RH的阻值远小于R1；当光照射RL时，其阻值远小于R2.为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，电路中的虚线框内应选______门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以________R2的阻值(填“增大”或“减小”)．‎ 图8‎ 答案　“或”　增大 解析　本题考查逻辑电路以及热敏电阻．为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，即热敏电阻或光敏电阻的电阻值小时，输入为1，输出为1，所以是“或”门电路．‎ 因为若要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较小即光敏电阻较大时输入为1，输出为1，所以要增大R2.‎ ‎10．图9为某报警装置示意图，该报警装置在一扇门、两扇窗上各装有一个联动开关，门、窗未关上时，开关不闭合，只要有一个开关未闭合，报警器就会报警．该报警装置中用了两个串联的逻辑电路，虚线框甲内应选用________门电路，虚线框乙内应选用________门电路．(选填“与”“或”或“非”)‎ 9‎ 图9‎ 答案　或　或 解析　由题意知，一扇门、两扇窗只要一个不闭合，报警器就会报警，符合只要满足一个条件，结果就能发生的特点，所以甲、乙框内电路都应该是“或”门．‎ ‎11.两只晶体二极管组成如图10所示电路，A、B为输入端，Z为输出端，那么该电路是什么逻辑电路．‎ 图10‎ 答案　“或”逻辑电路 解析　根据二极管的特点，只要在二极管上加上正向电压，则二极管即可导通．由题中电路结构可知，D1、D2两个二极管只要有一个导通，或者两个都导通，则整个电路就会导通，因此该电路是符合“或”逻辑关系的门电路．‎ ‎12．如图11所示表示输入端A、B的电势随时间变化的关系，如果它是“或”门电路的输入端，请在图12所示的坐标系中画出输出端的电势随时间变化的关系．‎ 图11‎ 图12‎ 答案　见解析图 解析　“或”电路应符合“或”逻辑关系，故UA、UB中任何一个有输入电压时都会有输出电压．‎ 9‎